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控制系统校正方法

/correction method of control system/
条目作者何文蛟

何文蛟

最后更新 2023-06-02
浏览 196
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通过引入附加装置使控制系统的性能得到改善的方法。

英文名称
correction method of control system
所属学科
控制科学与工程

控制系统校正方法是经典控制理论的一个主要组成部分。通常讨论仅限于单输入/单输出的线性定常控制系统。控制系统中所引入的附加装置称为校正装置。在控制工程中用得最广的是电气校正装置,它不但可应用于电的控制系统,而且通过将非电量信号转换成电量信号,还可应用于非电的控制系统。控制系统的设计问题常常可以归结为设计适当类型和适当参数值的校正装置。校正装置可以补偿系统不可变动部分(由控制对象、执行机构和量测部件组成的部分)在特性上的缺陷,使校正后的控制系统能满足事先要求的性能指标。常用的性能指标形式可以是时间域的指标,如上升时间、超调量、过渡过程时间等(见过渡过程),也可以是频率域的指标,如相角裕量、增益裕量(见相对稳定性)、谐振峰值、带宽(见频率响应)等。以性能指标为基准,频率域形式对应频率响应的设计校正装置的方法,时间域形式对应根轨迹的设计校正方法。

校正方式按校正装置在控制系统中的连接方式,可分为串联校正和并联校正。如果校正装置(传递函数用表示)和系统不可变动部分(其传递函数用表示)按串联方式相连接,即称为串联校正。如果校正装置连接在系统的一个反馈回路内,则称为并联校正或反馈校正。一般说来,串联校正比并联校正简单。但是串联校正装置常有严重的增益衰减,因此采用串联校正往往同时需要引入附加放大器,以提高增益并起隔离作用。对于并联校正,信号总是从功率较高的点传输到功率较低的点,无须引入附加放大器,所需元件数目常比串联校正为少。在控制系统设计中采用哪种校正,常取决于校正要求、信号性质、系统各点功率、可选用的元件和经济性等因素。  

串联校正装置常用的装置有超前校正、滞后校正、滞后-超前校正3种。在许多情况下,它们都是由电阻、电容按不同方式连接成的四端网络。各类校正装置的特性可用它们的传递函数来表示,此外也常采用频率响应的波德图来表示。不同类型的校正装置对信号产生不同的校正作用,以满足不同要求的控制系统在改善特性上的需要。

并联校正装置主要用于机械量的控制系统,如位置控制系统、速度控制系统等。最常用的并联校正是速度反馈校正。它的作用是产生与输出变量的导数成正比的校正信号,以改善系统的过渡过程性能,如减小超调量、缩短过渡过程时间、提高快速性等,同时使校正后的系统保持原有稳态精度。用来作为速度反馈校正装置的部件主要有测速发电机、速度陀螺等。

  • 绪方胜彦.现代控制工程.卢伯英,佟明安,罗维铭,译.北京:科学出版社,1976.

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