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1、第七章 控制系统的 性能分析和校正,用频率响应法对单输入-单输出、线性定常系统进行设计和校正,性能分析一个系统，元部件参数已定，分析它能达到什么指标，能否满足所要求的各项性能指标；综合与校正若系统不能全面地满足所要求的性能指标，就要考虑对原系统增加些必要的元件或环节，使系统能够全面地满足所要求的性能指标。,系统的性能指标,性能指标分类：一、时域性能指标 二、频域性能指标 三、综合性能指标,一、时域性能指标 根据系统在典型输入下输出响应的某些特点统一规定的。,二、频域性能指标1、开环频域指标：2、闭环频域指标,三、综合性能指标（误差准则）1、误差积分性能指标（适用于，无 超调情况）,例1,试确定
2、能使 I 值最小的K值,该系统为一阶系统，无超调,2、误差平方积分性能指标（适用于，有超调情况）,重视大误差，忽略小误差,性能最优系统就是使 I 取极小的系统,系统的性能指标要根据它所要完成的具体任务而提出；应有所侧重；性能指标的提出要有根据，不能脱离实际；几个性能指标会互相矛盾，要折衷考虑并加以校正。,系统的校正概述,所谓校正（或称补偿）就是给系统附加一些具有某种典型环节特性的电网络，运算部件或测量装置等，靠这些装置的配置来有效地改善整个系统的控制性能。这一附加的部分称为校正元件或校正装置，通常是一些无源或有源微积分电路，以及速度、加速度传感器等。,校正装置在系统中的联结方式：顺馈校正干扰补
3、偿串联校正反馈校正,顺馈校正,-,补偿器放在系统回路之外,不影响特征方程，只补偿由于输入造成的稳态误差。,干扰补偿,当干扰直接可测量时,不影响特征方程，只补偿由于干扰造成的稳态误差。,串联校正,在系统主反馈回路内采用的校正方法，校正装置串联在系统的前向通道中。,反馈校正,-,在系统主反馈回路内采用的校正方法，在系统中增加某些局部反馈环节。,串联校正,超前校正滞后校正滞后-超前校正PID调节器,超前校正1、超前网络,2、超前校正的作用,-,由于正相移的作用，使截止频率附近的相位明显上升，具有较大的相位裕量，既改善了原系统的稳定性，又提高了系统的截止频率，获得足够的快速性。,超前校正不改变低频特性
4、，所以不能提高稳态精度，若想进一步提高开环增益，以提高稳态精度，则会降低系统抗高频干扰的能力。,滞后校正1、滞后网络,2、滞后校正的作用,滞后校正并不是利用相角滞后作用来使原系统稳定，而是利用幅值衰减作用使系统稳定的，校正后，截止频率前移，以牺牲快速性换取稳定性。,滞后校正不改变低频段的特性，故对稳态精度无破坏作用。相反，还允许适当提高开环增益，进一步改善稳态精度。,对于高精度、而快速性要求不高的系统采用滞后校正。如恒温控制等。,滞后-超前校正1、滞后-超前网络,滞后网络,超前网络,实际上，无源校正网络常因负载效应的影响而削弱了校正的作用，或使网络参数难以选择，故目前在实际控制系统中，多采用以
5、运算放大器组成的有源校正部件，参看教材226页，表7-1。,PID调节器,在当今的工业控制器中，有半数以上采用了PID或变形PID控制方案。模拟PID控制器大多数是液压的、气动的、电气的和电子型的，或是由它们构成的组合型。由于微处理器的大量应用，许多变成了数字型的。大多数PID控制器是现场调节的，某些PID控制器还具有在线自动调节能力。,Proportion Integral Differentiation,1、PD调节器,相当于超前校正,2、PI调节器,相当于滞后校正,3、PID调节器,相当于滞后-超前校正,关于串联校正元件参数的确定，要从具体系统原有部分的特性和给出的性能指标两方面进行综合
6、分析，这将在以后讨论。,反馈校正,反馈校正在控制系统中得到广泛应用，常见的有被控量的速度、加速度反馈、执行机构的输出及其速度的反馈；以及复杂系统的中间变量反馈等。教材232页，图7-20。,在随动系统和调速系统中，转速、加速度、电枢电流等，都可作为反馈信号源，而具体的反馈元件实际上就是一些测量传感器，如测速发电机、加速度传感器、电流互感器等。,从控制的观点来看，反馈校正比串联校正有其突出的特点：一、它能有效地改变被包围环节的动态结构和参数；二、在一定条件下，反馈校正甚至能完全取代被包围环节，从而可以大大减弱这部分环节由于特性参数变化及各种干扰，给系统带来的不利影响。,一、利用反馈校正改变局部结构和参数 1、比例反馈包围积分环节,由原来的积分环节变成惯性环节,2、比例反馈包围惯性环节,结果仍为惯性环节，但时间常数减小了。反馈系数越大，时间常数越小。,3、微分反馈包围惯性环节,结果仍为惯性环节，但时间常数增大了。反馈系数越大，时间常数越大。,4、微分反馈包围振荡环节,结果仍为振荡环节，但阻尼比却显著增大。从而可改善小阻尼环节的不利影响。,二、利用反馈校正取代局部结构,常被用来改造不希望有的某些环节，或用来消除非线性、变参量的影响。,作业：7-10,
