第六章 系统的校正方法

校正：在系统中加入一些其参数可以根据需要而改变的机构或装置，使系统整个特性发生变化，从而满足给定的各项性能指标。

工程实践中常用的校正n法，串联校正、反馈校正和复合校正。

6-1系统校正的一般概念

对于控制系统，系统的性能是有一定要求的。当通过调整系统的增益仍然不能全面满足设计要求的性能指标时，就要在系统中增加一些元件和装置，以使系统达到所要求的性能指标。进行控制系统的校正设计，不仅要了解不可变部分的结构和参数，还要了解系统提出的全部性能指标。

一、性能指标

在控制系统设计中，常采用频率特性法，且是较为方便通用的开环频率特性法。如果频域指标是闭环的，可以大致换算成开环频域指标进行校正，然后对校正后的系统，分析计算它的闭环频域指标以作验算。如果系统提出的是时域指标，也可利用它和频域指标的近似关系，先用频域法校正，再进行验算。

1、二阶系统频域指标与时域指标的关系

谐振峰值

谐振频率

带宽频率

截止频率

相位裕量

超调量

调节时间

2、高阶系统频域指标与时域指标

谐振峰值

超调量

调节时间

其中

二、系统带宽的选择

带宽频率是一项重要指标。既能以所需精度跟踪输入信号，又能拟制噪声扰动信号。在控制系统实际运行中，输入信号一般是低频信号而噪声信号是高频信号。

如果输入信号的带宽为

则

三、校正方式

按照校正装置在系统中的连接方式，控制系统的校正方式有四种，即串联校正、反馈校正、前馈校正和复合校正

串联校正：一般接在系统误差测量点之后和放大器之前，串联接于系统前向通道之中。

反馈校正：接在系统局部反馈通路中

前馈校正：又称顺馈校正。是在系统主反馈回路之外采用的校正方式，接在系统给定值之后，主反馈作用点之前的前向通道上。另一种前馈校正装置接在系统可测扰动作用点与误差测量点之间，对扰动信号进行直接或间接测量，经变换后接入系统，形成一条附加的对扰动进行补偿的通道。

复合校正：在反馈控制回路中加入前馈校正通路组成有机整体。

四、基本控制规律

1、比例（P）控制规律

提高系统开环增益减小系统稳态误差，但会降低系统的相对稳定性。

（a）P控制器(b)PD控制器

2、比例-微分（PD）控制规律

PD控制规律中的微分控制规律能反映输入信号的变化趋势，产生有效的早期修正信号以增加系统的阻尼程度从而改善系统的稳定性。在串联校正时可使系统增加一个的开环零点使系统的相角裕度提高因此有助于系统动态性能的改善。

单独用微分也很少，对噪声敏感。

3、积分（I？刂乒媛

具有积分（I）控制规律的控制器，称为I控制器。

输出信号与其输入信号的积分成比例。为可调比例系数。当消失后输出信号有可能是一个不为零的常量。在串联校正中采用I控制器可以提高系的型别（无差度）有利提高系统稳态性能但积分控制增加了一个位于原点的开环极点使信号产生的相角滞后于系统的稳定不利。不宜采用单一的I控制器。

4、比例-积分（PI）控制规律

具有积分比例-积分控制规律的控制器，称为PI控制器。

积分控制器I和PI控制器

输出信号同时与其输入信号及输入信号的积分成比例。为可调比例系数为可调积分时间系数。

开环极点提高型别，减小稳态误差。

右半平面的开环零点提高系统的阻尼程度缓和PI极点对系统产生的不利影响。只要积分时间常数足够大PI控制器对系统的不利影响可大为减小。PI控制器主要用来改善控制系统的稳态能。

5、比例（PID）控制规律

PID控制器具有积分比例-积分控制规律的控制器称为PI控制器。

如果

增加一个极点2提高型别稳态性能

两个负实零点，动态性能比PI更具优越性

I积分发生在低频段，稳态性能(提高)

D微分发生在高频段，动态性能(改善)。