常用校正装置及其特性学习培训模板课件.ppt

1、6-3 常用校正装置及其特性常用校正装置及其特性 控制系统中常用的校正装置可以分成两大类：有源网络及无源网络控制系统中常用的校正装置可以分成两大类：有源网络及无源网络 无源串联校正装置通常由RC网络构成，但它使信号在变换过程中产生幅值衰减，且其输入阻抗较低，输出阻抗又较高，因此常常需要附加放大器，以补偿其幅值衰减，并进行阻抗匹配。为了避免功率损耗，无源串联校正装置通常安置在前向通道中能量较低的部位上。有源串联校正装置由运算放大器和RC网络组成，其参数可以随意调整，因此目前使用有源串联校正日趋增多。一般而言，当控制系统的开环增益增大到满足其静态性能所要求的数值时，系统有可能不稳定，或者即使能稳定

2、，其动态性能一般也不会理想。在这种情况下，需在系统的前向通路中增加超前校正装置，以实现在开环增益不变的前提下，系统的动态性能亦能满足设计的要求。无源网络包括三种形式，即无源超前(微分)校正装置，迟后(积分)校正和迟后一超前(积分-微分)校正装置。如右图所示是无源超前校正装置的电路图。如果输入信号源的内阻为零，而输出负载阻抗为无穷大，则超前校正装置的传递函数为一、无源超前一、无源超前(微分微分)校正装置校正装置 设U1(s)为输入信号，U2(s)为输出信号。TsTsRCsRRRsG111)(2112式中 时间常数分度系数CRTRRR1212,1 在采用无源超前网络时，系统的开环增益要下降倍，这可

3、用放大系数为 的放大器来补偿。1超前校正装置的频率特性为TjTjjG11)(由此可以画出该装置的对数频率特性如下图所示。交接频率分别为 ,TT1,121当为不同值时，其Bode图如图所示。由图看出，由于1，超前网络有正的相角特性，所以校正装置稳态输出信号的相位超前输入信号，超前校正的名称正是由此而来。同时，由于超前网络具有正的相角特性，也反映了对输入信号的微分作用，故相位超前校正装置通常称为微分校正装置。根据超前校正装置的相频特性，可得最大超前相角m及出现最大超前相角的频率m，其方法如下：由于校正装置的相频特性TT11tantan)(根据三角函数公式，可写成1)1(tan)(21TT利用 的条

4、件，可以求出最大超前相角对应的频率为0)(dd21)1)(1(1TTTm即mm211 在对数坐标中，有mmloglogloglog21(1)(2)即m 位于1 和2 的几何中点。将(1)式代入(2)式，可得最大相移mmmaasin1sin111sin1或(3)(3)式表明:m 仅与值有关，选得越小，m值越大，则超前网络的微分效应越强。为保证较高的系统信噪比，实际选用的值一般不大于0.5。由前图可知，无源超前网络的低频段的对数幅频特性为20 log(1)，即出现低频衰减，这是所有无源超前网络的共同特点。若需要补偿低频衰减，必须串进放大倍数为 的放大器。此时，带有放大器(放大倍数为 )的无源校正装

5、置的传递函数和频率特性分别为11TsTssG11)(1TjTjjG11)(1 其对数幅频特性和相频特性的表达式分别为222221log201log20)(TTLTT11tantan)(可以看出，相频特性不变，将 代入(4)式得(4)Tm11lg101log20)1(1log20)1(1log20)(22222TTTTL 校正装置高频段部分的对数幅频特性为 。下图给出了已补偿低频衰减的相位超前校正装置的Bode图。dB01lg10二、无源迟后校正装置二、无源迟后校正装置 迟后校正装置可用下图所示的RC 无源网络实现。假设信号源的内阻为零，输出负载阻抗为无穷大，可以求出迟后网络的传递函数为TsTs

6、CsRRCsRsG11)(11)(212式中 CRTRRR2221,1 称为迟后网络系数，表示迟后深度。迟后网络1，而超前网络的1。迟后网络的频率特性为121111)(jjTjTjjG 由此可以画出该装置的对数频率特性如下图所示。交接频率分别为 。TT1,121T1T1 由图可见，迟后网络在 至 之间呈积分效应，相频特性为负，即稳态输出信号的相位迟后于正弦输入信号，迟后网络的名称由此而来。与相位超前网络类似，迟后网络的最大迟后角m位于 与 的几何中心 m处，计算m 与m 的公式类似。上图还表明迟后网络实际上是一个低通滤波器，它对低频信号不产生衰减作用，而能削弱高频噪声，值越大，抑制噪声能力越强

7、。m 与 值有关，一般值取10。T1T1 三、迟后三、迟后-超前校正装置超前校正装置实现迟后-超前校正的装置如右图所示。图中，复数阻抗 Z1，Z2分别为sCRZsCRRZ2211111,1所以传递函数为1)()1)(1()(212211222112211212sCRCRCRsCRCRsCRsCRZZZsG1)()1)(1(122122121sss式中2112222111,CRCRCR 若适当选择参数使式(5)具有两个不相等的负实数极点，则式(5)可改写为(5)1)(1()1)(1()(2121sTsTssG(6)设 ，则22111,TTT 22111TT(8)(7)将式(7)，(8)代入式(6)可得（迟后部分）（超前部分）迟后-超前网络的频率特性为(9)1)(1()1)(1()(2121jjjjjG相应的Bode图如下图所示。由图可见，在 由0增加到1 的频段中，此网络具有迟后相角特性，而1 至频段，此网络具有超前的相角特性。这就是迟后-超前网络名称的由来。相角为零处的频率1为2111