線性系統(tǒng)的主要校正方法分析目錄TOC\o"1-3"\h\u31431線性系統(tǒng)的主要校正方法分析 167611.1串聯(lián)校正 1113781.1.1用頻率響應(yīng)法設(shè)計校正 167171.1.2串聯(lián)校正的幾種方式 2166641.2反饋校正 3102401.3復(fù)合校正 372491.3.1基本概念 4209821.3.2按擾動補償?shù)膹?fù)合校正 41.1串聯(lián)校正如果系統(tǒng)設(shè)計為符合頻率域特征的性能指標，則通常使用頻率域校正方法。下面是一種基于開環(huán)系統(tǒng)對數(shù)頻率特性的串聯(lián)校正方法，該方法基于穩(wěn)態(tài)誤差、開環(huán)系統(tǒng)截止頻率和相位角裕度。1.1.1用頻率響應(yīng)法設(shè)計校正在線性控制系統(tǒng)中，我們一般采用的校正裝置設(shè)計方法一般有分析方法和復(fù)合的方法兩種。分析法又稱之摸索法。用分析法所設(shè)計校正裝置是比較直觀的，在物理上更加容易實現(xiàn)，但是必須要求設(shè)計者有一定的工程設(shè)計經(jīng)驗，并且設(shè)計過程有比較高的試探性?，F(xiàn)在，在工程技術(shù)界出現(xiàn)的使用分析法進行系統(tǒng)設(shè)計的情況要比較多。綜合法也被稱為期待特性法。雖然綜合方法具有廣泛的理論意義，但是所需的校正裝置傳遞函數(shù)可能是相當復(fù)雜的，并且難以物理準確地實現(xiàn)。應(yīng)當注意，不管分析方法或綜合方法如何，設(shè)計過程通常只適用于最小相位系統(tǒng)。在頻域中進行系統(tǒng)設(shè)計不是時域的指標，而是設(shè)計結(jié)果滿意的頻域的指標，因此是間接的設(shè)計方法?？梢曰陬l域指標來確定校正裝置的參數(shù)特別是在要求已校正系統(tǒng)的高頻特性的情況下，通過頻域方法的校正比其他方法更方便低頻級增益足夠大，以保證對穩(wěn)定誤差的要求。中頻對頻率寬度特性的斜率通常為-20dB/dec，并且占據(jù)足夠?qū)挼念l帶以確保適當?shù)南嘟窃６?。為了將噪聲的影響抑制到最小限度，在系統(tǒng)的原始部分的高頻段適合于該請求的情況下，可以在校正時保持高頻頻帶形狀，簡化修正裝置的形式。1.1.2串聯(lián)校正的幾種方式如果我們正確地將前一網(wǎng)絡(luò)的繼承頻率1/aT和1/T選擇學(xué)生在校正對象進行系統(tǒng)的截止頻率的兩側(cè)，適當?shù)剡x擇一個參數(shù)a和T，則修正后的系統(tǒng)的截止頻率和角度裕度能夠得到滿足不同性能分析指標的要求企業(yè)可以不斷改進閉環(huán)控制系統(tǒng)的動態(tài)性能。通過選擇校正系統(tǒng)的開環(huán)增益，保證了閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。（1）基于穩(wěn)態(tài)誤差要求確定開環(huán)增益K。(2)用確定的開環(huán)增益計算修正后的目標系統(tǒng)的相位裕度(3)根據(jù)截止頻率要求計算超網(wǎng)絡(luò)參數(shù)a和t，這一步的關(guān)鍵是選擇一個與期望系統(tǒng)截止頻率相等的最大重疊頻率。保證信息系統(tǒng)的響應(yīng)速度，并且可以充分利用計算機網(wǎng)絡(luò)的相位角超前特性。（4)為了滿足系統(tǒng)的截止頻率要求，選擇前端網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)，因此需要估計相角裕度是否滿足要求。校正裝置設(shè)計完成后，需要對系統(tǒng)進行實際校正操作和MATLAB仿真，以確定系統(tǒng)的時間響應(yīng)特性。在這種情況下，應(yīng)盡可能將系統(tǒng)中省略的部分添加到系統(tǒng)中，以確保仿真結(jié)果的真實性。如校正系統(tǒng)因系統(tǒng)本身的非線性元件或系統(tǒng)噪音或負載效應(yīng)等因素而未能達到所有性能要求，校正裝置的形式或參數(shù)可能需要適當調(diào)整，直至校正系統(tǒng)達到所有性能指標為止。因此，應(yīng)努力防止滯后網(wǎng)絡(luò)的最大滯后角出現(xiàn)在系統(tǒng)的截止頻率附近。在系統(tǒng)進行響應(yīng)發(fā)展速度的要求不高、噪聲水平的性能設(shè)計要求高的情況下，可以通過采用串聯(lián)滯后修正。這就是為什么在動態(tài)性能變化不大的情況下，采用串聯(lián)遲滯校正來提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度。當校正的系統(tǒng)將多個不同頻率特性可以向上移位21dB時，校正之前和之后的相位裕度和截止時間頻率基本上都是相同，但是由于開環(huán)增益不斷增加11倍。在完成系統(tǒng)校正任務(wù)時，串聯(lián)滯后校正和串聯(lián)引線校正兩種方法是相同的。(1)引線對準利用了原網(wǎng)絡(luò)的相位超前特性，而滯后校正則利用了滯后網(wǎng)絡(luò)的高頻幅值衰減特性，因而不同于原網(wǎng)絡(luò)的滯后校正。(2)另一重要方面，由于網(wǎng)絡(luò)帶寬越大，系統(tǒng)越容易發(fā)展受到環(huán)境噪聲干擾的影響，所以在管理系統(tǒng)可以輸入端的噪聲水平越高的情況下，一般不選擇超前校正。最后，我們指出，在某些應(yīng)用中，如果采用滯后校正，時間常數(shù)可能會變大。出現(xiàn)這種不良結(jié)果是因為滯后網(wǎng)絡(luò)的第一繼承頻率1/t需要放在一個足夠小的頻率值上，以便在必要的頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生有效的高頻振幅衰減。在此發(fā)展情況下，優(yōu)選研究采用一個串聯(lián)滯后-超前修正。1.2反饋校正反饋校正的基本原理是:圍繞待校正系統(tǒng)中某些極大阻礙動態(tài)性能提高的環(huán)節(jié)，形成局部反饋回路(內(nèi)環(huán)，或二次回路)。在控制系統(tǒng)的最開始的設(shè)計時，往往會把條件簡化為|G這樣做的結(jié)果會產(chǎn)生一定的誤差，特別是在G2jw反饋校正的這一特征很重要。一般來說，系統(tǒng)不可變部分的特點，包括被告對象的特點，其參數(shù)穩(wěn)定性大多與被告對象本身的因素有關(guān)，不能輕易改變：反饋校正設(shè)備的特性由設(shè)計者確定，參數(shù)穩(wěn)定性取決于所選元件的質(zhì)量，如果仔細選擇，其特性基本上不受工作條件變化的影響，從而降低系統(tǒng)對參數(shù)變化的敏感性。具有反饋校正的控制系統(tǒng)必須是一個多回路系統(tǒng)。除了預(yù)期的特性綜合方法外，解析方法還可用于頻域多環(huán)系統(tǒng)的反饋校正。需要指出的是，在設(shè)計反饋校正時，要注意內(nèi)環(huán)的穩(wěn)定性。1.3復(fù)合校正串聯(lián)校正方式和反饋校正方式是在控制系統(tǒng)的工程中比較常用的兩種校正方法，使用過后可以使校正后的系統(tǒng)在一定的程度上滿足了給定的性能的要求。但是，如果在控制系統(tǒng)中存在了比較強的干擾，特別是對于低頻強干擾，又或者是系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度反應(yīng)和響應(yīng)速度都很高，那么這種情況下一般的反饋控制的校正方法將會很難滿足系統(tǒng)要求。目前，在工程的實踐中，例如在高速并且高精度的火炮控制系統(tǒng)中，我們廣泛采用的是前饋控制和反饋控制互相結(jié)合的綜合校正方法，我們把這種方式稱為復(fù)合控制校正。1.3.1基本概念為了能夠減小或者是消除信息系統(tǒng)在特定的輸入作用下所產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)誤差，我們可以通過提高系統(tǒng)的開環(huán)增益，或者可以采用較高型別系統(tǒng)。然而，以上這兩種方法都會影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低了系統(tǒng)的動態(tài)性能指標。當系統(tǒng)型別不是太高或者打開的環(huán)增益太大時，系統(tǒng)更有可能變的不穩(wěn)定。此外，我們通過適當?shù)倪x擇系統(tǒng)帶寬頻率可以抑制高頻干擾，但并不能完全消除低頻干擾。雖然比例積分反饋校正可以用來抑制來自控制系統(tǒng)輸入端的干擾，但是反饋校正裝置的設(shè)計操作比較困難，并且難以滿足系統(tǒng)的高性能要求。如果在系統(tǒng)的反饋控制的回路中加入前饋通道，我們就可以得到前饋控制與反饋控制互相結(jié)合的系統(tǒng)，這會大大減小以至于消除系統(tǒng)存在的穩(wěn)態(tài)誤差，并且抑制幾乎所有可測干擾，其中包括低頻干擾和強干擾。這樣情況下系統(tǒng)我們就稱之為復(fù)合的控制系統(tǒng)，相應(yīng)的其控制工作的方式我們可以稱之為復(fù)合控制。將綜合控制的思想應(yīng)用去到實際系統(tǒng)設(shè)計中，就稱為復(fù)合校正。1.3.2按擾動補償?shù)膹?fù)合校正圖3-1按擾動補償情況下的的復(fù)合控制系統(tǒng)在具體設(shè)計中，可以選擇(S)的形式和參數(shù)，添加串聯(lián)校正裝置(S)，使系統(tǒng)獲得滿意的動態(tài)性能和穩(wěn)定性能;然而，由于分母多項式的個數(shù)總是大于或等于分子多項式的個數(shù)，在物理上無法精確地實現(xiàn)總誤差補償條件。從補償理