1、机械工程控制基础机械工程控制基础第六章系统的性能指标与校正机械工程控制基础机械工程控制基础第六章系统的性能指标与校正本章主要内容本章主要内容第六章第六章 系统的性能指标与校正系统的性能指标与校正6.1 6.1 系统的性能指标系统的性能指标6.2 6.2 系统的校正系统的校正6.3 6.3 串联校正串联校正6.4 PID6.4 PID校正校正6.5 6.5 反馈校正反馈校正6.6 6.6 顺馈校正顺馈校正机械工程控制基础机械工程控制基础第六章系统的性能指标与校正6.1系统的性能指标系统的性能指标机械工程控制基础机械工程控制基础第六章系统的性能指标与校正6.2系统的校正系统的校正校正（或称补偿）校
2、正（或称补偿）：就是指在系统中：就是指在系统中增加新的环节增加新的环节，以，以改善改善 系统系统的的性能性能的方法。的方法。示例分析：机械工程控制基础机械工程控制基础第六章系统的性能指标与校正机械工程控制基础机械工程控制基础第六章系统的性能指标与校正校正的分类：校正的分类：根据校正环节在系统中的联接方式划分，有根据校正环节在系统中的联接方式划分，有串联校正、反串联校正、反馈校正馈校正和和顺馈校正顺馈校正；根据校正装置的构成元件划分，有根据校正装置的构成元件划分，有无源校正无源校正和和有源校正；有源校正；根据校正环节的特性划分，有根据校正环节的特性划分，有超前校正超前校正和和滞后校正滞后校正以及
3、以及滞滞后后超前校正。超前校正。机械工程控制基础机械工程控制基础第六章系统的性能指标与校正1）串联校正）串联校正：校正装置与前项通道串联。校正装置与前项通道串联。串联校正串联校正是应用最广泛的校正方法，它设计简单，易是应用最广泛的校正方法，它设计简单，易于实现。串联校正装置常置于系统前向通道的能量较于实现。串联校正装置常置于系统前向通道的能量较低的部位，以减少功率损耗。低的部位，以减少功率损耗。机械工程控制基础机械工程控制基础第六章系统的性能指标与校正2）反馈校正（并联校正）：）反馈校正（并联校正）：分为：位置反馈校正分为：位置反馈校正和速度反馈校正。和速度反馈校正。校正装置与系统按反馈方式连
4、接。校正装置与系统按反馈方式连接。反馈校正反馈校正的信号是从高功率点转向低功率点，常采用无源校的信号是从高功率点转向低功率点，常采用无源校正装置。当必须改造未校正系统某一部分特性方能满足性能正装置。当必须改造未校正系统某一部分特性方能满足性能指标要求时，应采用反馈校正。指标要求时，应采用反馈校正。机械工程控制基础机械工程控制基础第六章系统的性能指标与校正3）顺馈校正）顺馈校正：有输入有输入/扰动直接校正系统。扰动直接校正系统。机械工程控制基础机械工程控制基础第六章系统的性能指标与校正6.3 串联校正串联校正相位超前校正相位超前校正是利用校正环节的相位超前补偿原系统的相位是利用校正环节的相位超前
5、补偿原系统的相位滞后，以增大校正后系统的相位裕度，也使得系统剪切频率滞后，以增大校正后系统的相位裕度，也使得系统剪切频率增大，提高了系统的快速性。增大，提高了系统的快速性。一、相位超前校正一、相位超前校正串联校正又分串联校正又分增益调整增益调整相位超前校正相位超前校正相位滞后校正相位滞后校正相位滞后相位滞后超前校正超前校正机械工程控制基础机械工程控制基础第六章系统的性能指标与校正机械工程控制基础机械工程控制基础第六章系统的性能指标与校正相位超前校正示例：稳定，相位裕度不够稳定，相位裕度不够稳定，相位裕度足够稳定，相位裕度足够不稳定不稳定稳定稳定机械工程控制基础机械工程控制基础第六章系统的性能指
6、标与校正机械工程控制基础机械工程控制基础第六章系统的性能指标与校正相位超前校正设计举例相位超前校正设计举例性能要求：性能要求：(1)单位斜坡输入时，单位斜坡输入时，ess=0.05(2)相位裕度相位裕度50(3)幅值裕度幅值裕度Kg10dB解：经过相位超前校正后，系统的方框图如下：解：经过相位超前校正后，系统的方框图如下：机械工程控制基础机械工程控制基础第六章系统的性能指标与校正1.原系统原系统GK(s)=机械工程控制基础机械工程控制基础第六章系统的性能指标与校正机械工程控制基础机械工程控制基础第六章系统的性能指标与校正原系统的开环原系统的开环Bode图图 17-6.2dB机械工程控制基础机械
7、工程控制基础第六章系统的性能指标与校正校正后系统的开环校正后系统的开环Bode图（图（红线所示红线所示）机械工程控制基础机械工程控制基础第六章系统的性能指标与校正机械工程控制基础机械工程控制基础第六章系统的性能指标与校正二、相位滞后校正二、相位滞后校正机械工程控制基础机械工程控制基础第六章系统的性能指标与校正(dB)-9000相位滞后环节的相位滞后环节的Bode图图机械工程控制基础机械工程控制基础第六章系统的性能指标与校正校正前后系统的开环校正前后系统的开环Bode图对比：图对比：校正前：校正前：增益幅度增益幅度=-8dB 相位裕度相位裕度=-20 系统不稳定系统不稳定校正后：校正后：增益幅度
8、增益幅度=11dB 相位裕度相位裕度=40 系统稳定系统稳定机械工程控制基础机械工程控制基础第六章系统的性能指标与校正机械工程控制基础机械工程控制基础第六章系统的性能指标与校正三、相位滞后三、相位滞后超前校正超前校正机械工程控制基础机械工程控制基础第六章系统的性能指标与校正6.4 PID校正校正机械工程控制基础机械工程控制基础第六章系统的性能指标与校正机械工程控制基础机械工程控制基础第六章系统的性能指标与校正机械工程控制基础机械工程控制基础第六章系统的性能指标与校正一、一、PD调节器调节器方框图方框图Bode图图机械工程控制基础机械工程控制基础第六章系统的性能指标与校正二、二、PI调节调节器器
9、方框图方框图Bode图图机械工程控制基础机械工程控制基础第六章系统的性能指标与校正三、三、PID调节器调节器方框图方框图Bode图图机械工程控制基础机械工程控制基础第六章系统的性能指标与校正6.5 反馈校正反馈校正 反馈校正可以改善系统性能，还可减少内扰的影响。反馈校正可以改善系统性能，还可减少内扰的影响。机械工程控制基础机械工程控制基础第六章系统的性能指标与校正例例6-61）系统）系统a中中2）系统）系统b中中500.05s50(s)G2Bs22262.3162.31316.02s31.62）（）（s；316.062.31n%35%100)1/exp(M2p222B62.31)501(20s
10、31.62(s)G）（）（s);501(202n62.31ns0236.0若69.01则%5%100)1/exp(M211p系统最大超调量降低。系统最大超调量降低。50s(0.05s+1)50s(0.05s+1)1+s机械工程控制基础机械工程控制基础第六章系统的性能指标与校正例例6-7局部传递函数局部传递函数c22dGG1GG机械工程控制基础机械工程控制基础第六章系统的性能指标与校正6.6 顺馈校正顺馈校正 顺馈校正不改变系统的稳定性，但能降低系统的误差。顺馈校正不改变系统的稳定性，但能降低系统的误差。例例6-8i21c2i21210XGG1GGXGG1GGX1GG2c校正前校正前校正后校正后
11、若若i21210XGG1GGX则则 X0=Xi消除偏差和误差，并保持传递函数分母不变。消除偏差和误差，并保持传递函数分母不变。顺馈校正顺馈校正机械工程控制基础机械工程控制基础第六章系统的性能指标与校正例例6-9某系统控制方框图如图（某系统控制方框图如图（a）现设计校正环节现设计校正环节G(s)进行校正（如图进行校正（如图b），试问），试问G(s)取多少取多少时，可消除干扰时，可消除干扰N(s)对输出结果的影响？对输出结果的影响？机械工程控制基础机械工程控制基础第六章系统的性能指标与校正若若，0)(421kssGkk，则可消除干扰，则可消除干扰N(s)对输出结果的影响。对输出结果的影响。若若 Xi=0,系统方框图系统方框图可简化为图可简化为图(c)继续简化为图继续简化为图(d)可见，可见，214)(kksksG即机械工程控制基础机械工程控制基础第六章系统的性能指标与校正小结：小结：作业：作业：本章讲述了系统的性能指标以及校正的几种本章讲述了系统的性能指标以及校正的几种类型，重点讲解了串联校正的几种形式、原理、类型，重点讲解了串联校正的几种形式、原理、频率特性及设计方法，略讲了频率特性及设计方法，略讲了PID校正、反馈校校正、反馈校正及顺馈校正的特点及案例。正及顺馈校正的特点及案例。6.3、6.4、6.8
