[拼音]：kongzhi xitong jiaozheng fangfa

[外文]：correction methods of control systems

通過引入附加裝置使控制系統(tǒng)的性能得到改善的方法。控制系統(tǒng)校正方法是經(jīng)典控制理論的一個(gè)主要組成部分。通常討論僅限于單輸入、單輸出的線性定?？刂葡到y(tǒng)。控制系統(tǒng)中所引入的附加裝置稱為校正裝置。在控制工程中用得最廣的是電氣校正裝置，它不但可應(yīng)用于電的控制系統(tǒng)，而且通過將非電量信號(hào)轉(zhuǎn)換成電量信號(hào)，還可應(yīng)用于非電的控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)的設(shè)計(jì)問題常常可以歸結(jié)為設(shè)計(jì)適當(dāng)類型和適當(dāng)參數(shù)值的校正裝置。校正裝置可以補(bǔ)償系統(tǒng)不可變動(dòng)部分（由控制對(duì)象、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和量測(cè)部件組成的部分）在特性上的缺陷，使校正后的控制系統(tǒng)能滿足事先要求的性能指標(biāo)。常用的性能指標(biāo)形式可以是時(shí)間域的指標(biāo)，如上升時(shí)間、超調(diào)量、過渡過程時(shí)間等（見過渡過程），也可以是頻率域的指標(biāo)，如相角裕量、增益裕量（見相對(duì)穩(wěn)定性）、諧振峰值、帶寬（見頻率響應(yīng)）等。

校正方式

按校正裝置在控制系統(tǒng)中的連接方式，校正方式可分為串聯(lián)校正和并聯(lián)校正。如果校正裝置(傳遞函數(shù)用 G_c(s)表示)和系統(tǒng)不可變動(dòng)部分(其傳遞函數(shù)用G₀(s)表示)按串聯(lián)方式相連接（圖1a），即稱為串聯(lián)校正。如果校正裝置連接在系統(tǒng)的一個(gè)反饋回路內(nèi)(圖1b）,則稱為并聯(lián)校正或反饋校正。圖中G₁(s)和G₂(s)分別表示系統(tǒng)不可變動(dòng)部分中各部件的傳遞函數(shù)。一般說來，串聯(lián)校正比并聯(lián)校正簡(jiǎn)單。但是串聯(lián)校正裝置常有嚴(yán)重的增益衰減，因此采用串聯(lián)校正往往同時(shí)需要引入附加放大器，以提高增益并起隔離作用。對(duì)于并聯(lián)校正，信號(hào)總是從功率較高的點(diǎn)傳輸?shù)焦β瘦^低的點(diǎn)，無須引入附加放大器，所需元件數(shù)目常比串聯(lián)校正為少。在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用哪種校正，常取決于校正要求、信號(hào)性質(zhì)、系統(tǒng)各點(diǎn)功率、可選用的元件和經(jīng)濟(jì)性等因素。

串聯(lián)校正裝置

常用的串聯(lián)校正裝置有超前校正、滯后校正、滯后-超前校正三種類型。在許多情況下,它們都是由電阻、電容按不同方式連接成的一些四端網(wǎng)絡(luò)。各類校正裝置的特性可用它們的傳遞函數(shù)來表示，此外也常采用頻率響應(yīng)的波德圖來表示。不同類型的校正裝置對(duì)信號(hào)產(chǎn)生不同的校正作用，以滿足不同要求的控制系統(tǒng)在改善特性上的需要。下表列出三類校正裝置的典型線路、傳遞函數(shù)、頻率響應(yīng)的波德圖和各自的校正作用。在工業(yè)控制系統(tǒng)如溫度控制系統(tǒng)、流量控制系統(tǒng)中，串聯(lián)校正裝置采用有源網(wǎng)絡(luò)的形式，并且制成通用性的調(diào)節(jié)器，稱為PID（比例-積分-微分）調(diào)節(jié)器,它的校正作用與滯后-超前校正裝置類同。

并聯(lián)校正裝置

并聯(lián)校正主要用于機(jī)械量的控制系統(tǒng)，如位置控制系統(tǒng)、速度控制系統(tǒng)等。最常用的并聯(lián)校正是速度反饋校正。它的作用是產(chǎn)生與輸出變量的導(dǎo)數(shù)成正比的校正信號(hào)，以改善系統(tǒng)的過渡過程性能，如減小超調(diào)量、縮短過渡過程時(shí)間、提高快速性等，同時(shí)使校正后的系統(tǒng)保持原有穩(wěn)態(tài)精度。用來作為速度反饋校正裝置的部件主要有測(cè)速發(fā)電機(jī)、速度陀螺等。

設(shè)計(jì)校正裝置的基本方法

常用的基本方法有根軌跡法和頻率響應(yīng)法兩種。

（1）軌跡法設(shè)計(jì)校正裝置　當(dāng)性能指標(biāo)以時(shí)間域量值（超調(diào)量、上升時(shí)間、過渡過程時(shí)間等）給出時(shí)，采用根軌跡法進(jìn)行設(shè)計(jì)一般較為有效。設(shè)計(jì)時(shí)，先根據(jù)性能指標(biāo)，在s的復(fù)數(shù)平面上,確定出閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)對(duì)的位置。隨后，畫出未加校正時(shí)系統(tǒng)的根軌跡圖，用它來確定只調(diào)整系統(tǒng)增益值能否產(chǎn)生閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)對(duì)。如果這樣做達(dá)不到目的，就需要引入適當(dāng)?shù)男Ｕb置。校正裝置的類型和參數(shù)，根據(jù)根軌跡在閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)對(duì)附近的形態(tài)進(jìn)行選取和計(jì)算確定。一旦校正裝置決定后，就可畫出校正后系統(tǒng)的根軌跡圖，以確定除主導(dǎo)極點(diǎn)對(duì)以外的其他閉環(huán)極點(diǎn)。當(dāng)其他閉環(huán)極點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)過渡過程性能只產(chǎn)生很小影響時(shí)，可認(rèn)為設(shè)計(jì)已完成，否則還須修正設(shè)計(jì)。

（2）用頻率響應(yīng)法設(shè)計(jì)校正裝置　在采用頻率響應(yīng)法進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),常選擇頻率域的性能如相角裕量、增益裕量、帶寬等作為設(shè)計(jì)指標(biāo)。如果給定性能指標(biāo)為時(shí)間域的形式，則應(yīng)先化成等價(jià)的頻率域形式。通常，設(shè)計(jì)是在波德圖上進(jìn)行的。在波德圖上，先畫出滿足性能指標(biāo)的期望對(duì)數(shù)幅值特性曲線，它由三個(gè)部分組成：低頻段用以表征閉環(huán)系統(tǒng)應(yīng)具有的穩(wěn)態(tài)精度；中頻段表征閉環(huán)系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性如相角裕量和增益裕量等，它是期望對(duì)數(shù)幅值特性中的主要部分；高頻段表征系統(tǒng)的復(fù)雜性。然后，在同一波德圖上，再畫出系統(tǒng)不可變動(dòng)部分的對(duì)數(shù)幅值特性曲線，它是根據(jù)其傳遞函數(shù)來作出的。所需串聯(lián)校正裝置的特性曲線即可由這兩條特性曲線之差求出，在經(jīng)過適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化后可定出校正裝置的類型和參數(shù)值。

不論是采用根軌跡法還是頻率響應(yīng)法，設(shè)計(jì)中常常有一個(gè)反復(fù)的修正過程，其中設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)起著重要的作用。設(shè)計(jì)的結(jié)果也往往不是唯一的，需要結(jié)合性能、成本、體積等方面的考慮，選擇一種合理的方案。

在控制系統(tǒng)校正裝置的設(shè)計(jì)中，有時(shí)也采用巴特沃思極點(diǎn)配置法。采用這種方法時(shí)，把校正后控制系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)取為如下期望形式：

上式的特點(diǎn)是：G(s)的分子為1,不包含零點(diǎn)；G(s)的分母為零的代數(shù)方程B_n(s)＝0的根（即G(s)的極點(diǎn)）均勻地分布在 s的復(fù)數(shù)平面上以原點(diǎn)為圓心的左半單位圓上。圖2畫出的是n＝1，2，3，4的情況。按巴特沃思法設(shè)計(jì)時(shí)，可先選擇校正裝置的類型，使校正后控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)中只有極點(diǎn)而無零點(diǎn)，然后進(jìn)一步將其變換為上面列出的巴特沃思標(biāo)準(zhǔn)形，再通過簡(jiǎn)單的計(jì)算來定出校正裝置的參數(shù)值。

參考書目

1. 緒方勝彥著，盧伯英等譯：《現(xiàn)代控制工程》，科學(xué)出版社，北京，1976。（Katsuhiko　Ogata, Modern Control　Engineering, Prentice-Hall, New York,1970.）

建筑資質(zhì)代辦咨詢熱線：13198516101

標(biāo)簽：控制系統(tǒng)校正方法

版權(quán)聲明：本文采用知識(shí)共享 署名4.0國(guó)際許可協(xié)議 [BY-NC-SA] 進(jìn)行授權(quán)

文章名稱：《控制系統(tǒng)校正方法》

文章鏈接：http://m.fjemb.com/13496.html

該作品系作者結(jié)合建筑標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、政府官網(wǎng)及互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)知識(shí)整合。如若侵權(quán)請(qǐng)通過投訴通道提交信息，我們將按照規(guī)定及時(shí)處理。