第六章 控制系统的设计与校正
一、控制系统的校正和校正装置
控制系统的设计和校正是指在已选定系统不可变部分（例如受控对象、执行器、变送器等）的基础上，加入一些装置（称为校正装置、或称为调节器、控制器）使系统满足各项要求的性能指标。
二、控制系统的校正方式
校正方式是指校正装置与受控对象的联接方式，可分为串联校正，反馈校正和复合校正等方式。
如果Gc(s)表示校正装置的传递函数，G0(s)表示受控对象的传递函数，则各种校正方式的方框图如下所示。
1. 串联校正如图1.6-1所示。Gc(s)可以设计成超前、滞后和滞后-超前等环节形式，
成为超前校正装置，滞后校正装置和滞后-超前校正装置，其设计步骤将在下面介绍。
R(s)
图1.6-1
2. 反馈校正环节如图1.6-2所示。校正装置Gc(s)常设计成比例环节或微分、比例微分环节等形式。反馈校正除了能改善系统的性能外，还能削弱系统非线性特性的影响，减弱或消除系统参数变化对系统性能的影响，抑制噪声的干扰等。
3. 复合校正可分为前置校正和扰动补偿校正两种方式，分别如图1.6-3和图1.6-4所
示。前置校正可以改善和提高系统的动态性能，少用积分环节，从而较好的解决了稳定性和精度（准确性）的矛盾。 图1.6-2
- R(s) G1(s) - C(s)
- G2(s) Gc(s) Gc(s) G0(s) C(s)
N(s) Gc(s) Gc(s) (s) R- G1(s) G2(s)C(s)R(s) - C(s)
G1(s) G2(s)图1.6-3
图1.6-4
扰动补偿校正目的是为了提高系统的准确度。通过直接或间接测量出扰动信号，是扰动对系统的影响得到部分或全部的补偿。图1.6-4的系统又称为前馈-反馈复合控制系统。在生产过程控制性能要求较高的场合，常采用这种复合控制方式。
三、常用校正装置的特点及优缺点
1. 超前校正装置
能增加稳定裕量，提高了系统控制的快速性，改善了平稳性。故适用于稳态精度已满足要求，但动态性能较差的系统。缺点是会使抗干扰能力下降，改善稳态精度的作用不大。 2. 滞后校正装置
能提高系统的稳态精度，也能提高系统的稳定裕量。故适用于稳态精度要求较高或平稳性要求严格的系统。缺点是使频带变窄，降低了系统的快速性。 3. 滞后-超前校正装置
能发挥滞后校正和超前校正两者的优点，从而全面提高系统的动态和稳态性能。缺点是分析和设计较复杂。
四、串联校正装置的设计步骤（频率法）
1. 超前校正装置
1) 根据要求的稳态误差系数，确定开环增益k的值
2) 利用已知的k值，绘制校正前的开环对数频率特性，并确定幅值裕量、相位裕量。
或用解析法先求出截止频率?c，再求相位裕量ν。（见第五章介绍）
'3) 确定需要增加的相位裕量超前角?m??(指标要求的）??（?c)（校正前的）
+?(修正量）
4) 确定超前校正装置所提供的最大超前角?m?sin角对应的角频率?m?5) 根据???1a?1之中的a值及最大超前相a?11aT''，并选?m为校正后的截止频率?c??m
11和??确定超前校正装置的转角频率 TaT6) 验算并将原有开环增益增加a倍，以补偿超前网络产生的幅值衰减。
2. 滞后校正装置
1) 根据给定的稳态误差系数，确定开环增益k
2) 利用k值，绘制校正前的开环对数频率特性，求出幅值裕量、相位裕量。或用
解析法求出幅值裕量、相位裕量 3) 选择不同的?c计算相位裕量。根据要求的相位裕量?选择校正后系统的截止
频率?c
4) 根据对数幅频曲线在新的截止频率?c上需衰减到0dB,即衰减量为?20logb,确定b值，再由?2?'''''''''1，确定滞后校正装置的第二个转角频率?2，通常?2bT为?c的0.1~0.25倍频程 5) 由?1?1?b?2确定校正装置的第一个转角频率?1 T6) 验算是否符合要求的性能指标。 3.滞后-超前校正装置
1) 根据要求的稳态误差系数，确定开环增益k
2) 利用k值，绘制校正前的开环对数频率特性，求出幅值裕量、相位裕量。或用
解析法求出幅值裕量、相位裕量，与要求的相比较 3) 确定校正后系统的截止频率?c，一般校正前相角为?180?所对应的角频率为
''?c''
4) 确定滞后-超前校正装置部分的传递函数，首先由式
?20lga?20lgG(j?c'')?20lgTb?c''?0确定a，再由
1?c''a?b??和分别求出超前校正部分的两个转折频率。则超前校正部
TbaTb分的传递函数为 Gc1(s)?Tbs?1
Tb()s?1a5) 确定滞后-超前校正装置滞后部分的传递函数，取
?a?11?（0.1~0.25）?c'' 和式分别求出滞后校正部分的两个转折频率，则TaaTaTas?1
aTas?1滞后校正部分的传递函数为 Gc2(s)?6) 确定滞后-超前校正装置的传递函数Gc(s)?Gc1(s)Gc2(s)
验算校正后是否符合要求。
第六章 控制系统的设计与校正
