【正文】 向后移 , 即愈靠近輸出端 , G2(s)的分母多項式的 s階數(shù)愈低 , 則 Fr(s)愈易于實現(xiàn) 。 但這勢必使前饋裝置的功率等級迅速增加 。 通常功率愈大的裝置慣性也愈大 , 實現(xiàn)微分也愈困難 。 而且大功率信號的疊加在技術(shù)上及經(jīng)濟上都存在障礙 。 (3) 不能保證 G1(s)、 G2(s)、 Fr(s)和 Fn(s)中的元件參量及性能都不發(fā)生變化 , 隨著時間的推移 , 補償愈難準確 。 因此 , 要求構(gòu)成前饋補償裝置的元部件盡可能具有較高的參數(shù)穩(wěn)定性 , 否則將削弱補償效果 。 第六章 線性系統(tǒng)的校正方法 從補償原理來看 , 由于前饋補償實際上是采用開環(huán)控制方式去補償可量測的擾動信號 , 因此前饋補償并不改變反饋控制系統(tǒng)的特性 , 式 ()和式 ()表明 , 加入前饋控制后并不影響系統(tǒng)傳遞函數(shù)的極點 。 從抑制擾動的角度來看 , 前饋控制可以減輕反饋控制的負擔 , 所以反饋控制的增益可以取得小一些 , 以利于系統(tǒng)的穩(wěn)定性 。 當擾動還沒有在輸出端量測出來并通過反饋產(chǎn)生校正作用時 ， 對擾動的補償就已通過前饋通道產(chǎn)生了 ， 故前饋控制比通常的反饋控制更為及時 。 這些都是用復合校正方法設(shè)計控制系統(tǒng)的有利因素 。 第六章 線性系統(tǒng)的校正方法 小 結(jié) 控制系統(tǒng)的校正主要有兩個目的 , 一是使不穩(wěn)定的系統(tǒng)經(jīng)過校正變?yōu)榉€(wěn)定 , 二是改善系統(tǒng)的動態(tài)和靜態(tài)性能 。 但在具體采用何種校正方案時 , 應(yīng)考慮被控對象的特點和控制的目的 。 例如 , 若未校正系統(tǒng)是一個一階系統(tǒng) , 希望校正后為無靜差系統(tǒng) , 則需增加積分環(huán)節(jié)的控制器 。 又如 , 若系統(tǒng)的期望指標是頻域的 , 則用頻域法校正 。 線性系統(tǒng)的基本控制規(guī)律有比例控制 、 微分控制和積分控制 。 應(yīng)用這基本控制規(guī)律的組合構(gòu)成校正裝置 ,附加在系統(tǒng)中 , 可以達到校正系統(tǒng)特性的目的 。 第六章 線性系統(tǒng)的校正方法 根據(jù)校正裝置在系統(tǒng)中的位置劃分 , 有串聯(lián)校正和反饋校正 。 根據(jù)校正裝置的構(gòu)成元件劃分 , 有無源校正和有源校正 。 根據(jù)校正裝置的特性劃分 , 有超前校正和遲后校正 。 串聯(lián)校正設(shè)計比較簡單 , 容易實現(xiàn) , 應(yīng)用廣泛 。 從校正原理上說 , 無源校正和有源校正是相同的 , 只是實現(xiàn)方式上的差異 。 在設(shè)計串聯(lián)校正裝置時 , 應(yīng)當掌握超前 、 遲后 、 遲后 超前校正三種校正的基本作用及各自適用的情況 。 根據(jù)系統(tǒng)原有部分的特點和設(shè)計的要求選擇這三種校正中的一種 , 并用頻域法進行設(shè)計 。 第六章 線性系統(tǒng)的校正方法 反饋校正是工程中常用的校正手段 , 它的主要特點是在一定頻率范圍內(nèi)用校正裝置傳遞函數(shù)的倒數(shù)去改造對象 。 大多數(shù)情況下 , 反饋校正是與串聯(lián)校正結(jié)合使用的 。 其中速度反饋是反饋校正的主要形式 。 復合控制雖然在實際上不能使輸出響應(yīng)完全復現(xiàn)參考輸入 , 或完全不受擾動影響 , 但如使用得當 , 對提高穩(wěn)態(tài)精度有明顯作用 , 對暫態(tài)性能則作用有限 。 本章內(nèi)容的重要特點是帶有工程設(shè)計的性質(zhì) 。 設(shè)計問題的解答從來不是唯一的 , 所以本章所述的許多內(nèi)容都不是以充分必要的定理和準確的公式的形式表達出來的 , 而只是作為帶指導性的方法和步驟出現(xiàn) 。 這是在學習本章時應(yīng)當特別注意的 。 第六章 線性系統(tǒng)的校正方法 習 題 61 試回答下列問題 ,著重從物理概念說明。 (1) 有源校正裝置與無源校正裝置有何不同 ? 在實現(xiàn)校 (2) 如果 Ⅰ 型系統(tǒng)經(jīng)校正后希望成為 Ⅱ 型系統(tǒng) ,應(yīng)采用哪種校正規(guī)律才能滿足要求 ,并保證系統(tǒng)穩(wěn)定 ? (3) 串聯(lián)超前校正為什么可以改善系統(tǒng)的暫態(tài)性能 ? (4) 在什么情況下加串聯(lián)遲后校正可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定程度 ? (5) 若從抑制擾動對系統(tǒng)影響的角度考慮 ,最好采用哪種校正形式？ 第六章 線性系統(tǒng)的校正方法 62 某單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 當串聯(lián)校正裝置的傳遞函數(shù) Gc(s)如下所示時 : (1) Gc(s)=1。 (2) (3) 試求閉環(huán)系統(tǒng)的相角裕度 γ。 )64(6)(2 ??? ssssG151)(。5)1(5)(cc??????sssGsssG第六章 線性系統(tǒng)的校正方法 63 某單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 檢驗閉環(huán)系統(tǒng)是否穩(wěn)定。如果保持系統(tǒng)的開環(huán)比例系數(shù)以及開環(huán)截止頻率 ωc不變 ,為使系統(tǒng)具有足夠的穩(wěn)定裕度 ,應(yīng)采用哪種形式的串聯(lián)校正裝置？為什么？ 64 設(shè)有一單位反饋系統(tǒng) ,其開環(huán)傳遞函數(shù)為 設(shè)計一個遲后 超前校正裝置 ,使 Kv=100 s1,相角裕度 γ＝ 50176。 ,增益裕度大于 10 dB。 ssssG 1500115255000)(23 ???)12)(1()( ??? sssKsG第六章 線性系統(tǒng)的校正方法 65 設(shè)控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 (1) 繪制系統(tǒng)的伯德圖 ,并求相角裕度。 (2) 采用傳遞函數(shù)為 的串聯(lián)校正裝置 ,試求校正后系統(tǒng)的相角裕度 ,并討論校正后系統(tǒng)的性能有何改進。 ))((10)(??? ssssG103 )(c ???sssG第六章 線性系統(tǒng)的校正方法 66 單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 設(shè)計遲后校正裝置 ,以滿足下列要求 : (1) 系統(tǒng)開環(huán)增益 K＝ 8。 (2) 相角裕度 γ＝ 40176。 。 ))(1()( ??? sssKsG第六章 線性系統(tǒng)的校正方法 67 單位反饋系統(tǒng)如圖 617所示 ,其中對象 Go(s)和遲后 超前校正裝置 Gc(s)的傳遞函數(shù)分別為 試證明校正后系統(tǒng)的相角裕度為 75176。 ,增益裕度等于 24 dB。 )7)(())(()()3)(2(20)(co????????sssssGssssG第六章 線性系統(tǒng)的校正方法 圖 617 題 67 圖 第六章 線性系統(tǒng)的校正方法 68 某最小相位系統(tǒng)校正前后開環(huán)幅頻特性分別如圖618中 Go(s)和 Gc(s)Go(s)所示 ,試確定校正前后的相角裕度 ,以及校正網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)。 第六章 線性系統(tǒng)的校正方法 圖 618 題 68 圖 第六章 線性系統(tǒng)的校正方法 69 單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 設(shè)計一串聯(lián)遲后網(wǎng)絡(luò) ,使系統(tǒng)的相角裕度 γ≥40176。 ,并保持原有的開環(huán)增益值。 610 設(shè)有一單位反饋系統(tǒng) ,其開環(huán)傳遞函數(shù)為 (1) 確定 K1值 ,使系統(tǒng)在階躍輸入信號作用下最大超調(diào)量為 20%。 (2) 在上述 K1值下 ,求出系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間和速度誤差系數(shù)。 (3) 對系統(tǒng)進行串聯(lián)校正 ,使其對階躍響應(yīng)的超調(diào)量為15%,調(diào)節(jié)時間降低 ,并使開環(huán)增益 K≥20。 )12(4)(?? sssG)9)(3()(1??? sssKsG第六章 線性系統(tǒng)的校正方法 611 已知控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 要求相角裕度 γ≥40176。 ,Kv=10 s1。試分別設(shè)計出超前校正和遲后校正裝置 ,并比較兩種校正的效果有何不同。 612 為了滿足要求的穩(wěn)態(tài)性能指標 ,一單位反饋伺服系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 試設(shè)計一個無源校正網(wǎng)絡(luò) ,使校正后系統(tǒng)的相角裕度不小于 45176。 ,剪切頻率小于 50 s1。 ))((10)(??? ssssG)(200)(?? sssG第六章 線性系統(tǒng)的校正方法 613 設(shè)單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 設(shè)計一串聯(lián)校正裝置 ,使系統(tǒng)滿足下列性能指標 : (1) 單位斜坡輸入信號時 ,穩(wěn)態(tài)速度誤差不大于 1/126。 (2) 系統(tǒng)的開環(huán)增益不變 。 (3) 相角裕度不小于 45176。 ,剪切頻率為 20 s1。 )160/)(110/(126)(??? ssssG第六章 線性系統(tǒng)的校正方法 614 采用速度反饋的控制系統(tǒng)如圖 619所示。要求滿足下列性能指標 : (1) 閉環(huán)系統(tǒng)阻尼比 ζ=。 (2) 調(diào)整時間 ts≤5 s。 (3) 速度誤差系數(shù) Kv≥5 s1 用反饋校正確定參數(shù) K1和 K3。 第六章 線性系統(tǒng)的校正方法 圖 619 題 614 圖 第六章 線性系統(tǒng)的校正方法 615 系統(tǒng)框圖如圖 620所示。要求測速反饋后滿足下列性能指標 : (1) 超調(diào)量 σ≤20%。 (2) 調(diào)整時間 ts≤1 s； (3) 速度誤差系數(shù) Kv＞ 4 s1 用反饋校正確定參數(shù) K1和 K2。 第六章 線性系統(tǒng)的校正方法 圖 620 題 615 圖 第六章 線性系統(tǒng)的校正方法 616 設(shè)復合控制系統(tǒng)如圖 621所示。圖中 Gn(s)為前饋裝置傳遞函數(shù) ,Gc(s)＝ Kts為測速發(fā)電機及分壓器的傳遞函數(shù) ,G1(s)＝ K1和 G2(s)＝ 1/s2為前向通路中環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù) ,N(s)為測量干擾。試確定 Gn(s)、 Gc(s)和 K1,使系統(tǒng)輸出量完全不受擾動信號 N(s)的影響 ,且單位階躍響應(yīng)的超調(diào)量等于 25%。 峰值時間等于 2 s。 第六章 線性系統(tǒng)的校正方法 圖 621 題 616 圖