自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)--控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本思路

如前所述，一個(gè)單輸入單輸出的控制系統(tǒng)一般可化為圖6－1的形式，G0(s)是控制系統(tǒng)的不可變部分，即被控對(duì)象，H(s)為反饋環(huán)節(jié)。未校正前，系統(tǒng)不一定能達(dá)到理想的控制要求，因此有必要根據(jù)希望的性能要求進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮如下幾個(gè)方面的問(wèn)題：

（1） 綜合考慮控制系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和技術(shù)指標(biāo)，這是在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中必須要考慮的。

（2） 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的選擇。對(duì)單輸入、單輸出系統(tǒng)，一般有四種結(jié)構(gòu)可供選擇：前饋校正、串聯(lián)校正、反饋校正和復(fù)合校正，其框圖如圖6－2。考慮到串聯(lián)校正比較經(jīng)濟(jì)，易于實(shí)現(xiàn)，且設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，在實(shí)際應(yīng)用中大多采用此校正方法，因此本章只討論串聯(lián)校正，典型的校正裝置有超前校正、滯后校正、滯后－超前校正和PID校正等裝置。

（3） 控制器或校正裝置的選擇。校正裝置的物理器件可以有電氣的、機(jī)械的、液壓的和氣動(dòng)的等形式，選擇的一般原則是根據(jù)系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)、信號(hào)的性質(zhì)和設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)，并綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行選擇。本書(shū)我們以電氣校正裝置作為控制器，詳述有源和無(wú)源裝置的工作原理和設(shè)計(jì)方法。其思想方法同樣適用于其它類型的校正裝置設(shè)計(jì)。

（4） 校正手段或校正方法的選擇。究竟采用時(shí)域還是頻域方法，須根據(jù)控制系統(tǒng)性能指標(biāo)的表達(dá)方式選擇?？刂葡到y(tǒng)的性能指標(biāo)通常包括動(dòng)態(tài)和靜態(tài)兩個(gè)方面。動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)用于反應(yīng)控制系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)情況，它一般可用時(shí)域性能指標(biāo)和頻域指標(biāo)兩個(gè)方面：1）時(shí)域性能指標(biāo)：調(diào)整時(shí)間ts 、上升時(shí)間tr 、峰值時(shí)間tp 和最大超調(diào)量
Mp等；2）頻域性能指標(biāo)：開(kāi)環(huán)指標(biāo)包括相位裕量γ 、增益裕量Ag ；閉環(huán)指標(biāo)包括諧振峰值Mr 、諧振頻率ωr 和頻帶寬度ωb等。

在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，若所使用的指標(biāo)是時(shí)域指標(biāo)，則一般宜用根軌跡法進(jìn)行設(shè)計(jì)，使閉環(huán)系統(tǒng)的極點(diǎn)重新配置；若所使用的指標(biāo)是頻域指標(biāo)，宜用頻率法（如伯德圖或極坐標(biāo)）進(jìn)行設(shè)計(jì)。

最后需要指出，由于電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，目前實(shí)際系統(tǒng)中大量采用的控制器是有源校正裝置，如典型的PID調(diào)節(jié)器，但正如下文大家將看到的，無(wú)源校正與有源校正盡管組成形式有差別，但它們的工作原理是相同的。