相位補償控制器的類型及作用

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●控制器分類

1.依串聯並聯做分類

  (1)串聯控制器

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(2)並聯控制器 : 前饋式、反饋式

       前饋式

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反饋式

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2.依控制器內部元件分類

  (1) PID控制器 : P、I、D、PI、IP、PD、PID 型控制器

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  (2) 相位補償控制器 : 利用相位補償(超前或落後)做調變的控制器。

    主要的三種類型為:相位超前控制器、相位落後控制器、相位落後超前控制器

3.PID控制器與相位補償控制器的差異

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●相位偏移

在信號傳輸和處理過程中,由於各種因素,如傳輸介質、距離、設備特性等,

信號的相位可能會發生變化或偏移。 這種相位偏移會導致信號失真,影響信號的

解調和處理,甚至可能導致系統不穩定,比如在反饋控制系統中,相位偏移可能

導致系統振盪。

 

●相位補償的作用

1.調整系統頻率響應:改善系統的穩定性、響應速度、準確性。 

2.補償熱脹冷縮:防止管道因溫度變化而損壞。 

3.增強探測器的功能 : 提高偵測的準確性和可靠性。 

4.優化控制系統的動態特性:例如,減少超調、提高響應速度

  

●相位超前控制器(Phase-Lead Controller) 

是一種通過增加系統的相角裕度(phase margin),使系統在閉迴路狀態下更容易

保持穩定,並且能更快地達到穩態。

通常相位超前控制器, 是透過下圖的典型電子電路,改變控制系統中信號的相位

關係,從而提高系統的穩定性。

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●相位落後控制器(Phase-Lag Controller) 

是一種通過在系統的開迴路傳遞函數中引入一個極點,降低系統在較低頻率的

增益,並增加相位裕度,從而防止系統振盪,提高穩定性。 

通常相位落後控制器, 是透過下圖的典型電子電路,改變控制系統中信號的相位

關係,從而提高系統的穩定性。

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相位落後控制器的原理和作用可以概括為以下幾點: 

1.降低增益:

落後補償器會在較低頻率引入一個極點,使得系統在低頻段的增益降低,這樣可以減少低頻雜訊的影響,並在一定程度上提高系統的穩定性。

2.增加相位裕度:

通過引入一個較低的極點,落後補償器可以使系統的相位裕度增加,從而提高系統的穩定性,使其在受到擾動時不易發生振盪。

3.主要用於閉迴路增益較低的系統:

落後補償主要應用於閉迴路增益較低的系統,因為在閉迴路增益較高的系統中,落後補償的效果可能不明顯。

4.降低系統響應速度:

由於落後補償器會降低系統的增益,因此可能會降低系統的響應速度,這是使用落後補償時需要考慮的一個因素。

 

●Lead控制器與PD控制器的特性對比

PD控制器可提升更寬頻帶內的相角裕度,特別是當誤差信號劇烈變化時,微分作用可以很好地提升系統的控制效果,但同時引入不必要的擾動;而Lead控制器相較於PD控制器具有一定的高頻衰減特性。

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●相位補償控制器基本設計範例

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