自動控制系統(tǒng)的設計--控制系統(tǒng)設計的基本思路

如前所述，一個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，即被控對象，H(s)為反饋環(huán)節(jié)。未校正前，系統(tǒng)不一定能達到理想的控制要求，因此有必要根據希望的性能要求進行重新設計。在進行系統(tǒng)設計時，應考慮如下幾個方面的問題：

（1） 綜合考慮控制系統(tǒng)的經濟指標和技術指標，這是在系統(tǒng)設計中必須要考慮的。

（2） 控制系統(tǒng)結構的選擇。對單輸入、單輸出系統(tǒng)，一般有四種結構可供選擇：前饋校正、串聯(lián)校正、反饋校正和復合校正，其框圖如圖6－2。考慮到串聯(lián)校正比較經濟，易于實現(xiàn)，且設計簡單，在實際應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、機械的、液壓的和氣動的等形式，選擇的一般原則是根據系統(tǒng)本身結構的特點、信號的性質和設計者的經驗，并綜合經濟指標和技術指標進行選擇。本書我們以電氣校正裝置作為控制器，詳述有源和無源裝置的工作原理和設計方法。其思想方法同樣適用于其它類型的校正裝置設計。

（4） 校正手段或校正方法的選擇。究竟采用時域還是頻域方法，須根據控制系統(tǒng)性能指標的表達方式選擇?？刂葡到y(tǒng)的性能指標通常包括動態(tài)和靜態(tài)兩個方面。動態(tài)性能指標用于反應控制系統(tǒng)的瞬態(tài)響應情況，它一般可用時域性能指標和頻域指標兩個方面：1）時域性能指標：調整時間ts 、上升時間tr 、峰值時間tp 和最大超調量
Mp等；2）頻域性能指標：開環(huán)指標包括相位裕量γ 、增益裕量Ag ；閉環(huán)指標包括諧振峰值Mr 、諧振頻率ωr 和頻帶寬度ωb等。

在進行系統(tǒng)設計時，若所使用的指標是時域指標，則一般宜用根軌跡法進行設計，使閉環(huán)系統(tǒng)的極點重新配置；若所使用的指標是頻域指標，宜用頻率法（如伯德圖或極坐標）進行設計。

最后需要指出，由于電子技術和計算機技術的發(fā)展，目前實際系統(tǒng)中大量采用的控制器是有源校正裝置，如典型的PID調節(jié)器，但正如下文大家將看到的，無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。