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1、第六章第六章 控制系统的校正控制系统的校正Chapter 6 Compensation of Control Systems6.3 6.3 反反 馈馈 校校 正正 改善控制系统的性能。除了采用串联校正方案外，改善控制系统的性能。除了采用串联校正方案外，反馈校正也是被广泛采用的校正形式之一。反馈校正也是被广泛采用的校正形式之一。常见常见的有被控量的速度、加速度反馈；执行机构的输的有被控量的速度、加速度反馈；执行机构的输出及其速度的反馈；复杂对象的中间变量反馈等。出及其速度的反馈；复杂对象的中间变量反馈等。 控制系统控制系统采用反馈校正后采用反馈校正后，除了能收到与串除了能收到与串联校正具有同样的
2、校正效果外，还能消除系统不联校正具有同样的校正效果外，还能消除系统不可变部分中为反馈所包围部分的参数波动对系统可变部分中为反馈所包围部分的参数波动对系统控制性能的影响。控制性能的影响。 从控制的观点来看，反馈校正能等效地改变从控制的观点来看，反馈校正能等效地改变被包围环节的动态结构和参数，甚至在一定条件被包围环节的动态结构和参数，甚至在一定条件下能完全取代被包围环节，从而可以大大减弱这下能完全取代被包围环节，从而可以大大减弱这部分环节由于特性参数变化及各种干扰给系统带部分环节由于特性参数变化及各种干扰给系统带来的不利影响。下面分别加以说明。来的不利影响。下面分别加以说明。6.3.1 利用反馈校
3、正改变局部结构和参数利用反馈校正改变局部结构和参数 1. 用比例反馈用比例反馈(proportional feedback)包围积分包围积分环节环节111)()()(HHHKKsKsKKsKsRsCsG可见反馈校正的结果是把原来的积分环节变成了惯性可见反馈校正的结果是把原来的积分环节变成了惯性环节。这将降低系统的稳态精度环节。这将降低系统的稳态精度( (由由I I型系统变成了型系统变成了0 0型型系统系统) )，但有可能提高系统的稳定性，但有可能提高系统的稳定性( (原纯积分环节为临原纯积分环节为临界稳定，现在变为稳定界稳定，现在变为稳定) )。2. 用比例反馈包围惯性环节用比例反馈包围惯性环
4、节111111)()()(sKKTKKKTsKKTsKsRsCsGHHH从传递函数可以看出，系统仍为一惯性环节，但时从传递函数可以看出，系统仍为一惯性环节，但时间常数变小了，系统的快速性变好。间常数变小了，系统的快速性变好。3. 用微分反馈用微分反馈(derivative feedback)包围惯性环节包围惯性环节1)(111)(sKKTKTssKKTsKsGtt结果也还是惯性环节。但时间常数变大了结果也还是惯性环节。但时间常数变大了, ,反馈系统反馈系统KtKt越大，时间常数越大。越大，时间常数越大。 在工程实际中，可以利用上述办法，使原系在工程实际中，可以利用上述办法，使原系统中各环节的时
5、间常数拉开，从而改善系统的动态统中各环节的时间常数拉开，从而改善系统的动态平稳性。平稳性。4. 用微分反馈包围二阶振荡环节用微分反馈包围二阶振荡环节1)2()(22sKKTsTKsGt结果仍为二阶振荡环节，但阻尼却比未校正前结果仍为二阶振荡环节，但阻尼却比未校正前有显著提高，从而有效地减弱了小阻尼环节的有显著提高，从而有效地减弱了小阻尼环节的不利影响。不利影响。 微分反馈是将被包围环节输出量经过微微分反馈是将被包围环节输出量经过微分后反馈至输入端。习惯上把输出量看成分后反馈至输入端。习惯上把输出量看成是位置信号，经过一次微分后，位置信号是位置信号，经过一次微分后，位置信号变成了速度信号，因此微
6、分反馈又称速度变成了速度信号，因此微分反馈又称速度反馈。速度反馈在随动系统中使用得极为反馈。速度反馈在随动系统中使用得极为广泛，加入速度反馈后，可以在具有较高广泛，加入速度反馈后，可以在具有较高的快速性的同时，保证系统具有良好的平的快速性的同时，保证系统具有良好的平稳性。稳性。 实际中理想的微分环节实现起来很困难，实际中理想的微分环节实现起来很困难，往往用其他环节去近似，只要参数取得合往往用其他环节去近似，只要参数取得合适，效果还是比较好的适，效果还是比较好的。6.3.2 利用反馈校正取代局部结构利用反馈校正取代局部结构 反馈校正环节之所以能在控制性能上取代被包围反馈校正环节之所以能在控制性能
7、上取代被包围的局部环节，其原理是很简单的。的局部环节，其原理是很简单的。11(j )(j )1GH11(j )(j )H111(j )(j )1(j )(j )GGH111( )( )( )( )1( )( )G sC ssR sG s H s11( )( )sH s例例6-6 原系统如图所示。其阻尼比原系统如图所示。其阻尼比 ，系统，系统的超调较大，平稳性不好。现增加一速度反馈校的超调较大，平稳性不好。现增加一速度反馈校正。试分析在什么条件下原系统的小阻尼特性能正。试分析在什么条件下原系统的小阻尼特性能被反馈环节所取代。被反馈环节所取代。1 . 0回路的开环增益回路的开环增益 足够大足够大tKK