分析与校正的基本概念

控制系统通常分为不可变部分和可变部分。前者指系统工作过程中不可能变化的如执行机构、功率放大器和检测装置等，后者指系统工作过程中可以改变的如放大器、校正装置等。不可变部分受性能指标、尺寸大小、重量、能源、成本等的限制，可能不能完全满足性能指标要求。调节可变部分（如放大系数）可适当改变系统的部分性能，但此时可能会遇到系统的稳定性和稳态精度发生矛盾，即无法通过改变被控对象的元件基本参数同时满足稳定性和稳态精度要求，此时可在系统中加入校正装置，通过一定的控制规律使系统全面满足给定的指标要求。

如图4-1所示，根据校正装置的不同位置分为不同校正方式，即校正装置Gc（s）串联在前向通路中的串联校正［见图4-1（a）］、校正装置Gc（s）设置在局部反馈回路的并联校正［见图4-1（b）］及前馈校正［见图4-1（c）］。一般来说串联校正比反馈校正简单。计算机控制系统通过软件编程很容易实现串联校正。模拟电路实现串联校正时通常安排在前向通路中能量较低的位置以避免功率损耗，并常需要附加放大器以增大增益和进行隔离。反馈校正传感器检测信号一般从较高功率点引向较低功率点，不一定需要放大器。反馈元件本身要求较高，但由于系统对被校正回路包围部分特性参数变化很不敏感，此部分的要求可以放低。当一种校正方式难以满足时，可采用这些校正方式的组合提高系统性能。校正装置就校正特性分有滞后校正、超前校正、滞后 超前校正；就其物理性质分有电气、机械、液压、气动或者是多物理域混合使用，选取时在某种程度上取决于具体系统的结构和被控对象的性质。

图4-1 几种校正方式

（a）串联校正； （b）并联校正； （c）前馈校正

［例4-01］ 图4-2（a）中系统若要求ζ＝0．707，应作如何改进？

［解］ 原系统传递函数

ζ＝0，为二阶无阻尼系统。

如图4-2（b）所示，加入反馈校正环节，Gc（s）＝τs，则校正后的系统传递函数为

由＝10得

由2ζωn＝10τ得

图4-2 系统方块图

（a）原系统； （b）校正后

图4-3给出根据系统最终性能指标调整系统参数、引入校正装置并改变系统结构时的两种方法。图4-3（a）为综合法又名期望特性法，指根据性能指标要求确定系统期望特性，与原有特性进行比较，从而确定校正方式、校正装置的形式及参数。由于是完全的“减法”，所得到的校正装置有时实现性较差。图4-3（b）所示为分析法又名试探法，即根据系统已有的特性判断并选取可实现的校正装置，然后将校正后的系统特性与要求的系统特性进行比较，如不满足，则重新选取校正装置，直到特性满足。

图4-3 系统校正方法

（a）综合法； （b）分析法

上面所述的动态系统的性能指标除了上章所给出的快速性、超调情况，还有代表系统能否正常工作的首要条件的稳定性、系统稳定工作时对于控制输入、干扰输入的稳态精度、高精度工作场合时对内扰的灵敏度。不同的控制系统根据工作条件和使用要求有不同的性能指标。为了评价系统的动态性能，时间域方法采用直接的时域响应指标，频率域方法采用间接的频率响应指标，有时须依据给定性能指标与待采用方法的关系进行指标转换。