6-2常用校正装置及其特性课件.ppt

1、校正网络分为校正网络分为有源有源和和无源无源网络。网络。校正网络将引入一定的相移。根据引入的相移情况，可分为：校正网络将引入一定的相移。根据引入的相移情况，可分为：超前校正网络、滞后校正网络、滞后超前校正网络、滞后校正网络、滞后-超前校正网络超前校正网络。无源校正装置无源校正装置通常是由电阻和电容组成的二端口网络通常是由电阻和电容组成的二端口网络 无源校正装置线路简单、组合方便、无需外供电源，但本身无源校正装置线路简单、组合方便、无需外供电源，但本身没有增益，只有衰减；且输入阻抗低，输出阻抗高，因此在没有增益，只有衰减；且输入阻抗低，输出阻抗高，因此在应用时要增设放大器或隔离放大器。应用时要增

2、设放大器或隔离放大器。有源校正装置有源校正装置是由运算放大器组成的调节器。是由运算放大器组成的调节器。有源校正装置本身有增益，且输入阻抗高，输出阻抗低，所有源校正装置本身有增益，且输入阻抗高，输出阻抗低，所以目前较多采用有源校正装置。缺点是需另供电源。以目前较多采用有源校正装置。缺点是需另供电源。1/1/20231（1）无源超前校正网络）无源超前校正网络rucu1R2RC假设该网络信号源的阻抗很小，可以假设该网络信号源的阻抗很小，可以忽略不计，而输出负载的阻抗为无穷忽略不计，而输出负载的阻抗为无穷大，则其传递函数为大，则其传递函数为:)/()()/()1()1(111)()()(2121212

3、1122112121122122RRCsRRRRRRCsRRCsRRRRCsRRCsRRRRsCRRRsGsUsUcrc1221RRaR分度系数分度系数2121RRCRRT时间常数时间常数TsaTsasGc111)(1/1/20232注：采用无源超前网络进行串联校正时，整个系统的开环注：采用无源超前网络进行串联校正时，整个系统的开环增益要下降增益要下降倍，倍，因此需要附加放大器增益以补偿因此需要附加放大器增益以补偿rucu1R2RCa带有附加放大器的无源带有附加放大器的无源超前校正网络超前校正网络TsaTssaGc11)(补偿后网络的传递函数为：补偿后网络的传递函数为：TsaTsasGc111

4、)(1/1/20233超前网络的零极点分布超前网络的零极点分布T1T10j1a由于由于故超前网络的负实零点总是位于负实极点故超前网络的负实零点总是位于负实极点之右，两者之间的距离由常数之右，两者之间的距离由常数 决定。决定。a可知改变可知改变a和和T(T(即电路的参数即电路的参数CRR,21超前网络的零极点可在超前网络的零极点可在s s平面的负实轴任意移动。平面的负实轴任意移动。)的数值，的数值，TsaTssaGc11)(1/1/20234频率特性曲线频率特性曲线22()20lg 1()20lg 1()LaTT()carctgaTarctgT 画出对数频率特性如图所示。画出对数频率特性如图所示

5、。TsaTssaGc11)(2)(1)1(TaTaarctg1/1/2023520dB/decdB090(度)20lgadBL()T1mT1m)()(mTsaTssaGc11)(显然，超前网络对频率在显然，超前网络对频率在 之间的输入信号有明显之间的输入信号有明显的微分作用，在该频率范围内输出信号相角比输入信号相角的微分作用，在该频率范围内输出信号相角比输入信号相角超前，超前网络的名称由此而得。超前，超前网络的名称由此而得。TaT11至2(1)()1()caTarctga T 求导并令其为零求导并令其为零求得最大超前角频率求得最大超前角频率aTm11/1/202362(1)()1()caTar

6、ctga T aTm1最大超前角频率最大超前角频率11arcsin21aaaaarctgm在最大超前角频率在最大超前角频率m处具有最大超前角处具有最大超前角mm正好处于频率正好处于频率aT1与与T1的几何中心的几何中心TaT11与的几何中心为的几何中心为mmaTTaTlglg211lg21)1lg1(lg21221/1/2023710-210-11001010510152010-210-110010101020304050601,10Ta20dB/decaT1T1malg20alg10m1/1/20238 ma但但a a不能取得太大不能取得太大(为了保证较高的信噪比为了保证较高的信噪比),a)

7、,a一般不超过一般不超过2020。这。这种超前校正网络的最大相位超前角一般不大于种超前校正网络的最大相位超前角一般不大于65650 0，如果需要大，如果需要大于于65650 0的相位超前角，则要用两个超前网络相串联来实现，并在的相位超前角，则要用两个超前网络相串联来实现，并在所串联的两个网络之间加一隔离放大器，以消除它们之间的负所串联的两个网络之间加一隔离放大器，以消除它们之间的负载效应。载效应。11arcsin21aaaaarctgm1/1/20239024681012141618200102030405060700246810121416182002468101214最大超前角及最大超前角

8、处幅值与分度系数的关系曲线最大超前角及最大超前角处幅值与分度系数的关系曲线alg10malg10dBmoa1/1/2023102.2.无源滞后网络无源滞后网络1Rrucu2RC如果信号源的内部阻抗为零，负如果信号源的内部阻抗为零，负载阻抗为无穷大，则滞后网络的载阻抗为无穷大，则滞后网络的传递函数为传递函数为sCRRsCRsGsUsUcrc11)()()(1221)(1212CsRRCsR1)(12122121CsRRCsRRRRRCRRT)(21时间常数时间常数1212RRRb分度系数分度系数CRbT2TsbTssGc11)(1/1/20231110-1100101102-20-15-10-5

9、010-1100101102-60-50-40-30-20-100无源滞后网络特性无源滞后网络特性1,1.0Tb-20dB/decbT1T1mblg20m1/1/202312滞后网络在滞后网络在T1时，对信号没有衰减作用时，对信号没有衰减作用bTT11时，对信号有积分作用，呈滞后特性时，对信号有积分作用，呈滞后特性bT1时，对信号衰减作用为时，对信号衰减作用为blg20最大滞后角，发生在最大滞后角，发生在bTT11与几何中心，称为最大滞后角频率几何中心，称为最大滞后角频率bTm1bbm11arcsin10-1100101102-20-15-10-5010-1100101102-60-50-40

10、-30-20-100T1bT1mblg20m1/1/202313采用无源滞后网络进行串联校正时，主要采用无源滞后网络进行串联校正时，主要利用其高频幅值利用其高频幅值衰减的特性，以降低系统的开环截止频率，提高系统的相角衰减的特性，以降低系统的开环截止频率，提高系统的相角裕度裕度。滞后网络怎么能提高系统的相角裕度呢？。滞后网络怎么能提高系统的相角裕度呢？在设计中力求避免最大滞后角发生在已校系统开环截止频率在设计中力求避免最大滞后角发生在已校系统开环截止频率 c附近。选择滞后网络参数时，通常使网络的交接频率附近。选择滞后网络参数时，通常使网络的交接频率bT1远小于远小于 c一般取一般取101 cbT

11、此时，滞后网络在此时，滞后网络在 c处产生的相角滞后按下式确定（两角和的三角函数公式）处产生的相角滞后按下式确定（两角和的三角函数公式）2 )(1)1()(ccccccTbTbarctgTarctgbT将将bTc10 代入上式代入上式)1(1.0100)1(10)10(110)1()(2 barctgbbarctgbbbbarctgcc1/1/202314-2-1.8-1.6-1.4-1.2-1-0.8-0.6-0.4-0.20-40-200-2-1.8-1.6-1.4-1.2-1-0.8-0.6-0.4-0.20-10-50b与与)(cc和和20lgb的关系的关系b0.010.1120lgb

12、)(cc6100dB1/1/2023153.无源滞后无源滞后-超前网络超前网络1Rrucu2R1C2C传递函数为传递函数为:2211221111)()()(sCRsCRsCRsUsUsGrcc1)()1)(1(212211222112211sCRCRCRsCRCRsCRsCR)1)(1()1)(1(21sTsTsTsTba11CRTa22CRTb设设aTT 1aTTTTba1211/1/2023161a则有当则有当 时时aaTT 1aTTb221CRTTaTaTbaba(1)(1)()(1)(1)abcbaT sT sG sTaT ssa那么，系统的对数幅相频率特性如图：系统的对数幅相频率特性

13、如图：1/1/20231710-210-1100101102103-20-15-10-5010-210-1100101102103-60-40-200204060无源滞后无源滞后-超前网络频率特性超前网络频率特性aaabbadB)()(L1)1)(1()1)(1()(jaTjaTjTjTsGbabac1/1/202318看出：看出：1、对数幅频特效曲线为倒梯形、对数幅频特效曲线为倒梯形 2、对数相频特性为近似正弦，存在一个相、对数相频特性为近似正弦，存在一个相角为零的角频率角为零的角频率1求相角为零时的角频率求相角为零时的角频率10)(11111aTarctgarctgaTarctgTarct

14、gTbaba01)(1)(211211aTaTaTaTarctgTTTTarctgbabababa121baTT baTT111/1/202319 常用无源校正网络特性图见常用无源校正网络特性图见P2171/1/2023202.有源校正网络有源校正网络 无源校正网络有以下几个不足之处无源校正网络有以下几个不足之处:（1）稳态增益小于等于）稳态增益小于等于1;（2）实际控制系统中广泛采用无源网络进行串联校正，但在放实际控制系统中广泛采用无源网络进行串联校正，但在放大器级间接入无源校正网络后，由于负载效应问题，有时难大器级间接入无源校正网络后，由于负载效应问题，有时难以实现希望的规律。即以实现希望

15、的规律。即级间联接必须考虑负载效应级间联接必须考虑负载效应;（3）当所需校正功能较为复杂时）当所需校正功能较为复杂时,网络的设计和参数调整很不网络的设计和参数调整很不方便方便.由于上述不足由于上述不足,实际中常用阻容电路和线性集成运放的组实际中常用阻容电路和线性集成运放的组合构成有源校正装置合构成有源校正装置.为讨论问题方便起见为讨论问题方便起见,均认为运算放均认为运算放大器是理想的大器是理想的,即其开环增益无穷大即其开环增益无穷大,输入阻抗无穷大输入阻抗无穷大,输出阻抗等于零输出阻抗等于零.1/1/202321反向端输入的反向端输入的有源调节器有源调节器 反向端输入有源调节器的电路如下图反向端输入有源调节器的电路如下图:1u2u2Z0R1Z图中图中:1Z是是输入阻容网络的等效阻抗输入阻容网络的等效阻抗,2Z是反馈阻容网络的等效是反馈阻容网络的等效)()()()()(1212sZsZsUsUsGC阻抗阻抗,传递函数为传递函数为:用用不同的阻容网络构成不同的阻容网络构成1Z2Z就可就可得到不同的调节规律得到不同的调节规律.可见教材可见教材 P.219表表6-2典型的有源调节器典型的有源调节器.1/1/202322小结小结 无源超前网络的特性无源超前网络的特性 无源滞后网络的特性无源滞后网络的特性 无源滞后、超前网络的特性无源滞后、超前网络的特性1/1/202323