文档介绍：第六章线性系统的校正方法
一般控制系统的结构可由下图表示:
执行机构
被控对象
r(t)
y(t)
实际中, 一旦执行机构和被控对象选定后, 其特性也确定. r(t)是
给定的输入信号, y(t)是被控对象的输出信号, (t)
不满足人们所期望的要求时, 就将输出y(t)反馈到输入端, 构成如
下的闭环系统:
执行机构
被控对象
r(t)
y(t)
控制器
e(t)
检测变送器
由图可知, 给定的输入信号r(t)与实际输出y(t)的测量值进行
比较得偏差信号e(t),控制器按e(t)的大小和方向以一定的规律给
出控制信号推动执行机构动作使输出y(t)满足人们所期望的要求.
控制器的本质是对其输入信号e(t)按某种运算规律进行运算,这种
运算规律也叫控制规律. 本章的内容仅涉及如何设计控制规律以
满足人们对控制系统的性能要求.
6-2 输出反馈系统的校正方式与常用校正装置的特性
输出反馈系统的校正方式基本分为两类, 一是串联校正,如下
图所示:
校正装置
与系统的广义对象
串接在前向通道的校
正方式叫串联校正.
二是并联校正, 如下图所示:
校正装置
与系统的某个或某几个环节反向并接, 构成局
部反馈, 称为并联校正.
在介绍校正的方法前, 先介绍常用校正装置的一些特性.
1. 无源校正网络
一般用阻容四端网络构成无源校正网络.
(1)无源超前网络(相位超前网络) 其电路如下图所示:
其传递函数为:
其零﹑极点在s平面上的位置及对数幅频和相频特性曲线见下图:
超前网络的特点: (1) 零点在极点的右边; (2) 网络的稳态增
益小于1,故对输入信号具有衰减作用; (3)从幅频曲线上看,有一段
直线的斜率为正20分贝十倍频程, 所以超前网络具有微分作用;
(4) 网络的最大超前相角
发生在
处, 且
显然,
越大,
也越大, 微分作用也越强, 但网络克服干扰信号
的能力越差,分度系数
的值一般不大于20.
(2)无源滞后网络(相位滞后网络)
滞后网络的电路图,零﹑极点在s平面上的位置及对数幅频
和相频特性曲线见下图:
网络传递函数为:
滞后网络的特点: (1) 零点在极点的左边; (2) 网络的稳态
增益等于1,故对输入信号具有低通滤波作用; (3)从幅频曲线上看,
有一段直线的斜率为负20分贝十倍频程, 所以滞后网络对高频信
号或噪声有较强的抑制作用; (4) 网络的最大滞后相角
发生在
处, 且
显然,
越大,
也越大, 即相角
滞后得越利害. 使用滞后网络对系统进行校正, 应力求避免使滞
后网络的最大滞后相角发生在校正后系统开环幅值穿越频率(即
截止频率)附近, 引起相角裕度的减小, 使系统动态性能变坏. 因
此在确定滞后网络的参数时, 一般要求
小于校正后系统
开环幅值穿越频率(即截止频率)的十分之一. 滞后网络在校正后
系统开环幅值穿越频率处的滞后相角约等于
(3) 滞后—超前网络(相位滞后—超前网络)
滞后—超前网络的电路图,零﹑极点在s平面上的位置及对数
幅频和相频特性曲线见下图:
领先滞后
网络传递函数为:
式(3)中:
~-1
2. 有源调节器
无源校正网络有以下几个不足之处:
(1) 稳态增益小于等于1; (2) 级间联接必须考虑负载效应;
当所需校正功能较为复杂时, 网络的计算和参数调整很不方
便. 由于上述不足, 实际中常用阻容电路和线性集成运放的组合
构成校正装置, 这种装置叫调节器. 例如工业上常用的PID调节
器. 现仅对有源调节器的基本原理作一简单介绍.
在下面的介绍中, 为讨论问题方便起见, 均认为运算放大器
是理想的, 即其开环增益无穷大, 输入阻抗无穷大, 输出阻抗等
于零.
(1) 反向端输入的有源调节器
反向端输入有源调节器的电路如下图:
图中:
是输入阻容网络的等效阻抗,
是反馈阻容网络的等效
阻抗, 传递函数为:
用不同的阻容网络构成
﹑
就可得到不同的调节规律. 可见教材
-2典型的有源调节器.
(2) 同向端输入的有源调节器
同向端输入有源调节器的电路
如右图: