05600控制理论基础自考资料：自动控制系统的设计和校正

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自动控制系统的设计和校正

第一节概述

1.系统的结构和参数已知条件下，分析系统的稳态性能和动态性能，看看是否满足生产过程的要求。

2.性能指标分类：⑴稳态指标。⑵时域动态指标：上升时间tr、峰值时间tp、超调量σ（％）、调整时间ts、振荡次数N和衰减率φ等。⑶频域动态指标：开环频域指标有相位裕量γ，增益裕量Kg，增益穿越频率ωc；闭环频域指标有谐振峰值Mr，谐振频率ωr，频带宽度0—ωb；放大系数的增加，系统的稳态性能得到改善，但是动态性能将因之变坏；校正装置在控制系统中的位置及其连接方式称为校正方式；校正装置的结构和参数以及校正方式的确定，就是控制系统的校正和设计问题。

3.校正方式：串联校正、并联校正（较少常用）、局部反馈校正和前馈校正（扰动校正）。

注意：校正的实质被认为就是改变系统的零点和极点分布，其中串联校正是最常用的一种校正方式；局部反馈校正也是常用的校正方式也称并联校正。

4.校正装置：超前校正装置、滞后校正装置和滞后——超前校正装置三种。

5.校正装置的设计：控制系统的校正设计或者说控制系统中校正装置的设计，主要依据前面给出的根轨迹法和频率特性法；①单输入单输出的线性定常系数，如果性能指标以时域形式给出时可利用根轨迹法来设计。②如果性能指标用频域形式给出时，则可用频率特性法来设计。

第二节采用频率特性法设计串联校正装置

1.超前校正装置的奈氏曲线为一个处在第一象限的半圆。

注意：①式7—11（221页）、7—12（221页）、7—13（221页）、7—14（222页）、7—15（222页）②超前校正装置是一个高通滤波器（高频信号通过，低频信号被衰减）。

2.超前装置的主要作用：在中频段产生足够大的超前相角，以补偿原系统过大的滞后相角。

注意：①式7—16（222页）。②φm=33º+5º=38º，β=（1+sinφm）∕(1-sinφm)=4.17.③式7—22（225页）、7—23（225页）、7—24（225页）。

3.由滞后装置的奈氏图可以看出，奈氏曲线为一处于第四象限的。

注意：①式7—25（226页）、7—26（226页）。②当ω→∞时，M（ω）→Kp，φ（ω）→0.而ω→0时，M（ω）→∞，φ（ω）→90º。③PI控制器也是一种相位滞后的校正装置。其最大滞后相角（—90º）在ω=0处。④PI控制器也是一个低通滤波器，频率越低衰减越小。

4.滞后装置的作用是减小原系统高频部分的幅值及伯德图中的幅值穿越频率ωc，但保持ωc附近相频曲线基本不变，从而提高系统的稳定性。

注意：在ω`c处Go(jw)的相角应等于—180º加上所要求的相位裕量再加5º—12º（补偿滞后校正装置造成的相位滞后）。

5.滞后校正装置对系统有下列影响：

⑴减小开环频率特性在幅值穿越频率上幅值，从而增大相位裕量，减小谐振峰值。⑵由于减小了频带宽度，从而使响应的快速性变差。⑶系统中频段和高频段的幅值显著衰减，从而允许系统提高开环放大系数，改善系统的稳态功能。

注意：式7—29（229页）、7—31（230页）、7—32（230页）、7—33230页）。

6.局部反馈回路校正装置Gc（s）常常采用速度反馈（又称软反馈）或比例反馈（又称硬反馈），局部速度反馈（又称微分反馈）。

状态空间分析法

第一节概述

1.微分方程和传递函数就是属于这种类型描述所采用的数学模型.

2.状态空间描述的基本概恋及术语：①状态。②状态变量。③状态向量：若以n个状态变量x1(t),x2(t),…xn(t)为向量x(t)的分量，则x(t)称为状态向量。④状态空间：以状态变量x1(t),x2(t),…xn(t)为坐标轴所构成的n维空间，称为状态空间。

注意：277页。

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