相位滞后补偿器是控制系统中的重要组件,主要用于改善系统的稳态性能。它的传递函数形式为 K c 乘以 s 加 z 除以 s 加 p,其中 z 大于 p 且都大于零。在复平面上,零点位于负 z 处,极点位于负 p 处,由于零点比极点更远离原点,这种配置会在特定频率范围内引入相位滞后。
相位滞后补偿器的频率响应具有独特的特性。在低频段,补偿器提供接近单位增益;在中频段,它引入相位滞后,最大相位滞后发生在零点和极点几何平均频率处;在高频段,补偿器提供增益衰减。这种特性使得补偿器能够在保持低频性能的同时,改善系统的稳定性裕度。
相位滞后补偿器的设计遵循系统化的步骤。首先确定所需的稳态误差改善程度,然后选择合适的零点位置,通常在新的增益穿越频率附近。接下来计算极点位置,极点等于零点除以阿尔法,其中阿尔法通常取10到20。最后验证补偿后系统的相位裕度是否满足要求。图中显示了补偿前后系统增益特性的对比。