问答题 串联超前、串联滞后与串联滞后-超前校正各有何适应条件?
【正确答案】(1)串联超前校正通常是在满足稳态精度的条件下,用来提高系统动态性能的一种校正方法。从波德图来看,为满足控制系统的稳态精度要求,往往需要增加系统的开环增益,这样就增大了幅值穿越频率,相应地减小了相位裕量,易导致系统不稳定。因而在系统中加入一个相位超前的校正装置,使之在穿越频率处相位超前,以增加相位裕量。这样既能使开环增益足够大,满足稳态精度的要求,又能提高系统的稳定性。
   串联超前校正适合需要附加相角位移在0~65°范围的系统。
   超前校正的结果可以使系统的闭环频带宽度BW增加,从而使动态响应加快;不改变低频段对正弦输入的稳态误差性能;超前校正装置所要求的时间常数是容易满足的。但可能带来因闭环频带宽度BW加宽引入高频噪声,需要增加增益等问题。
   (2)滞后校正有两种作用。一般地,如果稳态性能满足要求,而其动态性能不满足要求,并希望降低频带宽时,可用滞后校正来降低其穿越频率,以满足其动态性能指标。这种滞后校正的结果可以增加系统的相对稳定性,有利于提高系统放大系数以满足稳态精度的要求。由于高频段的衰减,系统的抗高频扰动能力也增强了。但同时由于频带宽度变窄,瞬态响应将变慢。
   如果一个反馈控制系统的动态性能是满意的,为了改善其稳态性能,而又不致影响其动态性能,可以采用滞后较正。此时就要求在频率特性低频段提高其增益,而在幅值穿越频率附近仍保持其相位移大小几乎不变。
   这两种作用中,前者是降低了幅值穿越频率并衰减了高频段,后者是提高低频段增益。但就滞后校正本身而言,其主要作用是在高频段造成衰减,以使系统获得充分的相位裕量。
   (3)滞后-超前校正幅频特性的前段是相位滞后部分,具有使高频段增益衰减的作用,所以容许在低频段提高增益,以改善系统的稳态特性。幅频特性的后段是相位超前部分,因增加了相位超前角度,从而使相位裕量增大,改善了系统的动态响应。因此,滞后-超前校正常适用于系统对稳态精度和动态性能都有进一步改善的情况。
【答案解析】