第7章自动控制系统的校正教学提示：当自动控制系统的稳态性能和动态性能不能满足所要求的性能指标时，可以对系统进行校正，以改善系统的性能。本章从控制的观点出发，分析系统常用的校正装置和校正方法，如串联校正、反馈校正和复合校正；通过分析比较各种校正方法的特点和对系统的影响；给出自动控制系统的一般设计方法。7.1系统校正概述7.1.1系统校正的基本概念当自动控制系统的稳态性能或动态性能不能满足所要求的性能指标时，可考虑调整系统中可以调整的参数(如增益、时间常数、黏性阻尼系数等)，若通过调整参数仍无法满足要求时，则可以在原有的系统中，有目的地增添一些装置和元件，人为地改变系统的结构和性能，使之满足所要求的性能指标，我们把这种方法称为“系统校正”。所增添的装置和元件称为校正装置和校正元件。根据校正装置在系统中所处地位的不同，一般分为串联校正、反馈校正和复合校正。在串联校正中，根据校正环节对系统开环频率特性相位的影响，又可分为相位超前校正，相位滞后校正和相位滞后-超前校正等。在反馈校正中，根据是否经过微分环节，又可分为软反馈和硬反馈。在复合校正中，根据补偿采样源的不同，又可分为前置补偿校正和扰动补偿校正。7.1.2系统校正的方式1.串联校正将校正装置Gc(s)与系统固有部分串联，称为串联校正，如图7.1(a)所示。串联校正比较容易实现，校正装置通常串联在系统的前向通道中，从而来改变系统的结构，以达到改善系统性能的目的。串联校正装置可采用有源或无源装置来实现。2.反馈校正将校正装置Gc(s)与受控对象做反馈连接，形成局部反馈回路，称为反馈校正，如图7.1(b)所示。反馈校正可以改造被反馈包围的环节特性，抑制这些环节的参数波动等非线性因素对系统性能的不利影响。反馈校正装置一般可以采用无源校正网络来实现。第7章自动控制系统的校正·159·(a)串联校正(b)反馈校正图7.1串联校正与反馈校正3.复合校正复合校正是在反馈控制的基础上，引入输入补偿或扰动补偿所构成的“复合控制”方式，校正装置Gc(s)将直接或间接测量出输入信号R(s)和扰动信号D(s)经过变换后，作为附加校正信号引入系统，使系统因输入量产生的稳态误差或因扰动量产生的扰动误差对系统的影响得到有效的补偿，从而显著地改善了系统的稳态和动态性能。如图7.2所示。对于一个特定的系统而言，究竟采用何种校正方式，主要取决于该系统中信号的性质，可供采用的元器件、价格以及设计者的经验等。一般情况下，串联校正比较经济，易于实现，特别是用由集成电路组成的有源校正装置，即电子调节器，因其能比较灵活地获得各种传递函数，所以应用较为广泛。采用反馈校正时，信号从高能量级向低能级传递，一般不必再进行放大，可以采用无源网络实现，这是反馈校正的优点。因此，在一些比较复杂的系统中，往往同时采用串联校正和反馈校正，以便使系统具有更好的性能。(a)具有输入补偿的复合校正(b)具有扰动补偿的复合校正图7.2复合校正7.1.3常用校正装置校正装置分为无源校正装置和有源校正装置。1.无源校正装置无源校正装置通常是由一些电阻和电容组成的两端口网络。根据它们对系统频率特性相位的影响，又分为相位滞后校正，相位超前校正和相位滞后-超前校正。表7-1为几种典型的无源校正装置及其传递函数和对数频率特性(伯德图)。无源校正装置线路简单、组合方便、无需外供电源，但本身没有增益，只有衰减，且输入阻抗较低、输出阻抗较高，因此在实际应用时，常常需要增加放大器或隔离放大器。2.有源校正装置有源校正装置是由运算放大器组成的调节器。表7-2列出了几种典型的有源校正装置及其传递函数和对数幅频特性(伯德图)。·159··160·自动控制原理与应用有源校正装置本身有增益，且输入阻抗高，输出阻抗低。只要改变反馈阻抗，就可以改变校正装置的结构，因此参数调整也很方便。所以在自动控制系统中多采用有源校正装置。它的缺点是线路较复杂，需另外供给电源(通常需正、负电压源)。表7-1常见无源校正装置相位滞后校正装置相位超前校正装置相位滞后-超前校正装置RC网络K(s1)G()s1(s1)(s1)G()s122s12s1(1s1)(2s1)R1C2sG1()s式中1s1(s1)(s1)R12式中K1(1s1)(2s1)传递函数RR121()RRC122式中1RC112RC221RC11RR12212C12RC22RR12121≥2伯德图表7-2常见有