学士学位论文—-控制理论课程设计控制系统串联校正设计
自动控制实验—控制系统串联校正
控制系统串联校正一、实验目的1．了解和掌握串联校正的分析和设计方法。
2．研究串联校正环节对系统稳定性及渡过程的影响。
二、实验内容1.设计串联超前校正，并验证。
2.设计串联滞后校正，并验证。
三、实验步骤1．熟悉 HHMN-1 电子模拟机的使用方法。
将各运算放大器接成比例器，通电调零。
断开电源，按照系统结构图和传递函数计算电阻和电容的取值，并按照模拟线路图搭接线路，不用的运算放大器接成比例器。
2．将 D/A1 与系统输入端 Ui 连接，将 A/D1 与系统输出端 Uo连接。
3．在 Windows XP 桌面用鼠标双击“MATLAB”图标后进入，在命令行处键入“autolab”进入实验软件系统。
4．在系统菜单中选择实验项目，选择“实验三”，在窗口左侧选择“实验模型”。
5．分别完成不加校正，加入超前校正，加入滞后校正的实验。
6．绘制以上三种情况时系统的波特图。
7．采用示波器（Scope）观察阶跃响应曲线。
观测实验结果，记录实验数据，绘制实验结果图形，完成实验报告。
四、实验设备1．HHMN1-1 型电子模拟机一台。
2．PC 机一台。
3．数字式万用表一块。
五、数据分析1.校正环节传递函数超前校正Gc (s)=aTS+1(a>1)TS+1给定a=2.44 , T=0.26 ，则Gc (s)=0.63S+10.26S+1滞后校正Gc (s)=bTS+1(b<1)TS+1给定b=0.12 , T=83.33，则Gc (s)=10S+183.33S+12.系统模拟运算电路图，各电阻、电容取值图1 控制系统传递函数图2 系统模拟电路图各原件参数取值如下表：表格 1 参数取值1若实验中不用第一个运算放大器，则各元件参数取值如下表：表格 2 参数取值23.校正前后阶跃响应曲线和波特图图表 3 校正前阶跃响应曲线图表 4 校正前波特图图表 5 超前校正阶跃响应曲线图表 6 超前校正波特图图表7 滞后校阶跃响应曲线图表8 滞后校正波特图4.计算截止频率和稳定裕度表格 3 截止频率和稳定裕度实验值5.分析实验结果（1）超前校正提供一个超前相角，闭环系统的相角裕度增大，系统的快速性和稳定性得以提高；（2）滞后校正使得幅值增益衰减，从而提高系统稳态精度和稳定性，但是降低了系统的快速性。
控制系统串联校正课程设计
控制系统串联校正课程设计控制理论课程设计任务书设计题目： 控制系统串联校正设计一、设计目的控制理论课程设计是综合性较强的教学环节。
其目的是培养学生对所学自控理论知识进行综合应用的能力；要求学生掌握自动控制系统分析、设计和校正的方法；掌握应用MATLAB 语言及SIMULINK 仿真软件对控制系统进行分析、设计和校正的方法；培养学生查阅图书资料的能力；培养学生撰写设计报告的能力。
二、设计内容及要求应用时域法、频域法或根轨迹法设计校正系统，根据控制要求，制定合理的设计校正方案，给出校正装置的传递函数；编写相关MATLAB 程序或设计相应的SIMULINK 框图，绘制校正前、后系统相应图形分析系统稳定性，分析系统性能，求出校正前、后系统相关性能指标；比较校正前后系统的性能指标；编制设计说明书。
三、具体控制任务及设计要求 单位负反馈随动系统的开环传递函数为)125.0)(11.0()(0++=s s s K s G ，设计系统串联校正装置，使系统达到下列指标静态速度误差系数K v ≥4s -1；相位裕量γ≥40°；幅值裕量K g ≥12dB 。
四、设计时间安排查找相关资料（1天）；编写相关MATLAB 程序，设计、确定校正环节、校正（2天）；编写设计报告（1天）；答辩修改（1天）。
五、主要参考文献1.梅晓榕.自动控制原理, 科学出版社.2.胡寿松. 自动控制原理（第五版）, 科学出版社.3.邹伯敏.自动控制原理，机械工业出版社4.黄忠霖.自动控制原理的MATLAB 实现，国防工业出版社指导教师签字： 2015年11月27日通过这次课程设计，让我明白了有时我们初步设计出来的系统是达不到我们想要的性能指标的，比如幅值裕度、相位裕度或剪切频率等。
这时就需要对初步系统进行补偿，补偿分为串联补偿和反馈补偿，其中串联补偿又分为超前补偿、滞后补偿、超前滞后补偿。
对于本课程设计要求，我采用了超前补偿网络。
用Matlab软件绘制出未校正前系统的bode图、Nyquist图和根轨迹图，分析开环系统和闭环系统的稳定性。
自动控制原理课程设计--串联超前—滞后校正装置(2)
课题：串联超前—滞后校正装置（二）专业：电气工程及其自动化班级： 2011级三班姓名：居鼎一（20110073）王松（20110078）翟凯悦（20110072）陈程（20110075）刘帅宏（20110090）邓原野（20110081）指导教师：毛盼娣设计日期：2013年12月2日成绩：重庆大学城市科技学院电气信息学院目录一、设计目的-------------------------------------------------------------1二、设计要求-------------------------------------------------------------1三、实现过程-------------------------------------------------------------33.1系统概述-------------------------------------------------------- 33.1.1设计原理------------------------------------------------- 33.1.2设计步骤------------------------------------------------- 43.2设计与分析----------------------------------------------------- 53.2.1校正前参数确定--------------------------------------- 53.2.2确定校正网络的传递函数--------------------------- 53.2.3 理论系统校正后系统的传递函数和BODE 图-- 73.2.4系统软件仿真------------------------------------------ 8四、总结------------------------------------------------------------------15五、参考文献-------------------------------------------------------------16自动控制原理课程设计报告一、设计目的（1）掌握控制系统设计与校正的步骤和方法。
串联校正装置系统设计课程设计说明书
课程设计报告学生:于浩涵学号：2012307010332 学院: 自动化工程学院班级: 自动123题目: 专业方向课程设计串联校正装置系统设计指导教师：孟杰姜文娟职称:讲师副教授2016年 1月 13日目录1 题目背景 (3)2设计容和要求 (3)3理论分析 (3)3.1串联超前校正 (3)3.2串联滞后校正 (4)3.3滞后-超前校正 (4)4串联校正装置系统设计 (5)5校正前、后的性能指标 (9)5.1校正前稳定性及动态性能分析 (9)5.2校正后稳定性及动态性能分析 (10)5.3校正前频域性能分析 (11)5.4校正后频域性能分析 (11)总结 (12)参考文献 (13)附录 (14)1 题目背景在经典控制理论中，系统校正设计，就是在给定的性能指标下，对于给定的 对象模型，确定一个能够完成系统满足的静态与动态性能指标要求的控制器（常 称为校正器或补偿控制器），即确定校正器的结构与参数。
控制系统经典校正设 计方法有基于根轨迹校正设计法、基于频率特性的Bode 图校正设计法及PID 校 正器设计法。
按照校正器与给定被控对象的连接方式，控制系统校正可分为串联 校正、反馈校正、前馈校正和复合校正四种。
串联校正控制器的频域设计方法中， 使用的校正器有超前校正器、滞后校正器、滞后-超前校正器等。
超前校正设计 方法的特点是校正后系统的截止频率比校正前的大，系统的快速性能得到提高， 这种校正设计方法对于要求稳定性好、超调量小以及动态过程响应快的系统被经 常采用。
滞后校正设计方法的特点是校正后系统的截止频率比校正前的小，系统 的快速性能变差，但系统的稳定性能却得到提高，因此，在系统快速性要求不是 很高，而稳定性与稳态精度要求很高的场合，滞后校正设计方法比较适合。
滞后 -超前校正设计是指既有滞后校正作用又有超前校正作用的校正器设计。
它既具 有了滞后校正高稳定性能、高精确度的好处，又具有超前校正响应快、超调小的 优点，这种设计方法在要求较高的场合经常被采用。
北航自动控制原理实验三：控制系统串联校正
本次实验通过设计串联超前校正和串联滞后校正装置研究了串联校正环节对系统稳定性及过渡过程的影响，从直观的角度认识了串联校正环节的作用及超前校正和滞后校正的不同之处，对理论学习有一定的帮助。
附：实验数据，
成绩
自动控制原理
实验报告
院（系）名称
专业名称
学生学号
学生姓名
指导老师
2015年12月
实验二
实验时间
一、实验目的
1.了解和掌握串联校正的分析和设计方法。
2.研究串联校正环节对系统稳定性及过渡过程的影响。
二、实验内容
1.单位负反馈系统的开环传递函数为 ，进行半实物实时仿真，研究其时域性能，同时从频域分析系统稳定性。
2.电子模拟机
3.万用表
4.测试导线
五、实验步骤
1.正确连接电路，分别完成不加校正、加入超前校正、加入滞后校正的实验。在系统模型上的“Manual Switch”处可设置系统是否加入校正环节，在“ ”处可设置校正环节的传递函数。
2.绘制以上三种情况时系统的波特图。
3.采用示波器“Scope”观察阶跃响应曲线。观测试验结果，记录实验数据，绘制实验结果图形，完成实验报告。
图3-1系统结构图
其中 为校正环节，可放置在系统模型中来实现，也可使用模拟电路的方式由模拟机实现。
2.系统模拟电路如图3-2所示。
图3-2系统模拟电路图
取 ， ， ， ， 。
3.未加校正时， 。
4.加串联超前校正时， 。
取 ， ，则 。
5.加串联滞后校正时， 。
取 ， ，则 。
四、实验设备
1.数字计算机
2.针对以上系统，设计串联超前校正装置 ，使系统的相稳定裕度 ，并进行半实物实时仿真验证，研究其时域性能，同时从频域分析系统稳定性。
串联超前校正系统分析自动控制原理课程设计
一、设计目的1、 通过课程设计进一步掌握自动控制原理课程的相关知识，加深对所学内容的理解，提高解决实际问题的能力。
2、 理解在自动控制系统中对不同的系统选用不同的校正方式，以保证得到最佳的系统；3、 理解相角裕量、稳态误差、穿越频率等参数的含义；4、 学习MATLAB 在自动控制中的应用，会利用MATLAB 提供的函数求出所需要得到的实验结果；5、 从总体上把握对系统进行校正的思路，能够将理论与实际相结合。
二、设计内容与要求 设计内容：1、阅读有关资料。
2、对系统进行稳定性分析、稳态误差分析以及动态特性分析。
3、绘制根轨迹图、Bode 图。
4、设计校正系统，满足工作要求。
设计条件：⊗则已知单位负反馈系统被控制对象的开环传递函数为：()()0.110.011S kG s s s =⨯++对系统进行串联校正任务： （1）()r t t=时，0.004ss e ≤；（2）校正后，相角裕量45r >； （3）30/c w rad s>。
sR设计要求1、能用MATLAB 解复杂的自动控制理论题目；2、能用MATLAB 设计控制系统以满足具体的性能指标；3、能灵活应用MATLAB 的SIMULINK 仿真软件，分析系统的性能。
三、设计原理校正方式的选择，按照校正装置在系统中的链接方式，控制系统校正方式分为串联校正、反馈校正、前馈校正、和复合校正4种。
串联校正是最常见的一种校正方式。
串联校正方式是校正器与受控对象进行串联连接的。
可分为串联超前校正、串联滞后校正和滞后-超前校正。
其一般设计步骤如下：（1）根据静态性能指标，计算开环系统的增益。
之后求取校正前系统的频率特性指标，并与设计要求进行比较；（2）确定校正后期望的穿越频率，具体值得选取与所选择的校正方式相适应； （3）根据待设计的校正环节的形式和转折频率，计算相关参数，进而确定校正环节； （4）得出校正后系统。
检验系统满足设计要求。
四、设计步骤1、校正前的系统分析 时域分析： 其中已知21()R s s =---------------------------------------------------------------------------------①()1H s = ---------------------------------------------------------------------------------②()()()0.110.011kG s s s s =⨯⨯+⨯+ --------------------------------------------------------③根据稳态误差公式1lim ()1()()ss s e R s s G s H s →=⨯⨯+⨯ -------------------------------------------------------④③将①②③带入④式得()211lim1(0.11)0.011ss s e s ks s s s →=⨯⨯+⨯⨯+⨯+化简得出1ss e k =又有题目0.004ss e ≤最后得250k ≥此时取250k =进行分析。
串联校正系统设计
串联校正系统设计串联校正系统是一种通过对输入信号进行处理，使输出信号与期望值接近的自动控制系统。
它是由控制器、执行器和传感器组成的闭环控制系统。
控制器接收传感器采集到的实际值，并根据期望值和实际值的差异进行调节，以控制执行器的动作，从而实现对系统的校正。
1. 串联校正系统的目标串联校正系统的设计目标是实现对于被控对象的精确控制。
即使在外部环境变化或者被控对象参数变化的情况下，系统也能够快速响应并实现稳定的控制效果。
2. 串联校正系统的设计原则（1）稳定性原则：设计稳定的传感器和控制器，保障系统在外部环境变化时具有良好的稳定性。
（2）精度原则：保持系统的精度，要求传感器和控制器能够对于被控对象的参数进行准确测量和调节。
（3）快速响应原则：设计快速响应的控制器，使系统能够在外部环境变化时快速调整输出，实现对被控对象的快速校正。
（4）可靠性原则：确保系统具有良好的可靠性，降低控制系统发生故障的可能性。
1. 传感器的选择传感器是串联校正系统中的重要组成部分，它能够对被控对象的参数进行测量，并将实际值反馈给控制器。
传感器的选择应当根据被控对象的特性和要求来确定。
一般来说，需要考虑传感器的测量范围、测量精度、输出信号类型等因素。
2. 控制器的设计控制器是串联校正系统的核心部分，它根据传感器反馈的实际值和期望值之间的差异，调节执行器的动作，以实现对被控对象的校正。
在控制器的设计中，需要考虑控制算法的选择、控制器的响应速度、系统的稳定性等因素。
4. 串联校正系统的整体设计在进行串联校正系统的设计时，需要考虑传感器、控制器和执行器之间的匹配关系，确保它们能够协同工作，实现对被控对象的精确控制。
同时还需要考虑系统的稳定性、可靠性和安全性等方面。
五、串联校正系统的应用案例下面以某汽车制造厂生产线上的串联校正系统为例，介绍串联校正系统的具体应用。
某汽车制造厂生产线上的串联校正系统主要用于对汽车轮胎的气压进行校正。
传感器通过对轮胎气压进行测量，将实际值反馈给控制器。
控制系统的校正与设计1
第一节 系统校正的一般方法
超前校正的特点： 14） ）校当正未后校幅正频系特 统性 的曲 相线 频的 特中 性频 曲段 线斜在率穿为越
-频2率0d附B/近dec急，剧并下有降足时够，的若相用位单裕级量的。超 2）前超校前正校网正络使来系校统正的穿，越将频收率效增不加大，。系
统的频带变宽，瞬态响应速 度变快。 5）超前校正主要用于系统稳态性能满意， 3）而超动前态校性正能难有使待原改系统善的的低场频合特。性得到
T=(R2+R3)C
βT T
= R2R+2R3<
1
Gc(s)=
1+βTs 1+Ts
第一节 系统校正的一般方法
2．滞后校正装置的设计
滞后校正不是利用校正装置的相位 滞后特性，而是利用其幅频特性曲线的 负斜率段，对系统进行校正。它使系统 幅频特性曲线的中频段和高频段降低， 穿越频率减小，从而使系统获得足够大 的相位裕量，但快速性变差。
第一节 系统校正的一般方法
超前校正装置设计的一般步骤：
15））根找据到稳点态Lo指(ω标)=要-10求lg确α，定对开应环的增频益率K。为：
2）绘制原系统ω的m伯= 德ωc图' Lo(ω)和φ(ω) ，
36））大根并根超据确ω据2前要定=ωT相m求相1确=角的位ω定：γ裕m’校和α量正实γ装。际置的ω的γ1=，转α1确T折=定频ω最α率m 。 7）校φm验=γ系'–统γ+的Δ 相位裕Δ量=是5°~否2满0°足要求。 4）根如据果所不确满定足的要φ求m，,计则算重出新α选值择。△值。
a=
1+sinφm 1–sinφm
第一节 系统校正的一般方法
例 系统结构如图。试设计超前校正装置。
控制系统的校正与设计
任务1 系统校正的一般方法
阶段1 串联超前校正
1.超前网络的特性 图所示是RC超前网络的电路图。如果输入端的信号源内阻为零，输 出端的负载阻抗为无穷大，则超前网络的传递函数可写为 aGc1（s）=1+aTs1+Ts 式中，a=R1+R2R2＞1，T=R1R2R1+R2C。通常a称为分度系数， T是时间常数。
13
任务1 系统校正的一般方法
阶段2 串联迟后校正
1．迟后网络的特性 如果输入端信号源的内阻为零，输出端负载阻抗为无穷大，迟后网 络的传递函数为
Gc（s）=1+bTs1+Ts 因此，应力求避免最大迟后角发生在校正后系统的截止频率ωc附近。 在选择迟后网络的参数时，通常使网络的交界频率1/(bT)远小于ωc，一 般取
控制系统的校正与设计
子目录
控制系统的校正与设计
任务1 系统校正的一般方法 任务2 控制系统的设计方法及应用
第5章 控制系统的校正与设计
学习重点
通过本项目的学习，让学生掌握校正的概念，了解校正的一般 方法；掌握控制系统的设计方法
3
任务1 系统校正的一般方法
阶段1 串联超前校正
1.超前网络的特性 校正装置放在前向通道中，使之与系统的被控对象等固有部分相串 联，这种校正方式称为串联校正，如图所示。图中Gc（s）是校正装 置的传递函数。
15
任务1 系统校正的一般方法
阶段2 串联迟后校正
2． 串联迟后校正 迟后校正的实质是利用迟后网络的幅值衰减特性，将系统的中频段压 低，使校正后系统的截止频率减小，以挖掘系统自身的相角储备来满足校 正后系统的相角裕度要求。 (1)根据给定的稳态误差或静态误差系数要求，确定开环增益K。 (2)根据确定的K值，绘制未校正系统的对数幅频特性曲线L0（ω），确 定其截止频率ωc0和相角裕度γ0。 (3)判别是否适合采用迟后校正： (4)确定校正后系统的截止频率ωc。 (5)设计迟后校正装置的传递函数Gc(s)。
课程设计 基于BODE图设计方法的系统串联滞后校正
中北大学课程设计说明书学生姓名：学号：学院：专业：题目：基于BODE图设计方法的系统串联滞后校正指导教师：职称:年月日目录一、设计目的 (1)二、设计要求 (1)三、设计任务 (1)四、设计原理概述 (1)五、设计方法与步骤 (2)5.1系统稳态性能指标计算 (2)5.2作原系统校正Bode图与阶跃响应曲线 (3)5.3系统动态性能指标计算 (5)5.4求滞后校正器的传递函数 (7)5.5校验系统校正后频域性能是否满足题目要求 (8)5.6计算系统校正后阶跃响应曲线及其性能指标 (10)设计总结 (13)参考文献 (14)一、 设计目的1、 了解控制系统设计的一般方法、步骤。
2、 掌握对系统进行稳定性分析、稳态误差分析以及动态特性分析的方法3、 掌握利用MATLAB 对控制理论内容进行分析和研究的技能4、提高分析问题的能力。
二、 设计要求1、 能用MATLAB 解复杂的自动控制理论题目。
2、 能用MATLAB 设计控制系统以满足具体的性能指标3、能灵活应用MATLAB 的CONTROL SYSTEM 工具和SIMULINK 仿真软件分析系统的性能。
三、 设计任务已知单位负反馈系统的开环传递函数为：)12.0)(11.0(5.0)(0++=s s s s G试用Bode 图设计方法对系统进行串联滞后校正设计，使之满足： 在单位斜坡信号t t r =)( mm/s 作用下，系统的稳态误差mme ss 33.0≤；系统动态性能指标：①系统超调量%38%≤σ，②调节时间st s 5.5≤，③带宽频率s rad b /0.4≥ω；对校正补偿器进行同相输入有源网络实现的参数计算。
四、设计原理概述校正方式的选择: 按照校正装置在系统中的链接方式，控制系统校正方式分为串联校正、反馈校正、前馈校正和复合校正4种。
串联校正是最常用。
这种方式经济，且设计简单，易于实现，实际应用中多采用这种校正方式。
串联校正方式是校正器与受控对象进行串联连接的。
自动控制理论第六章控制系统的校正与设计
第一节 系统校正的一般方法
幅相频率特性曲线：
Im
Gc(s)=
1+aTs 1+Ts
令
dφ(ω) dω
=0
得
ωm=
1 Ta
=
1 T
·aT1
0
φm 1ω=0 α+1
2
ω=∞
α Re
两个转折频率的几何中点。
最大超前相角：
sinφm=1+(a(a––11)/)2/2
=
a–1 a+1
φm=sin-1
a–1 a+1
滞后校正部分：
(1+ T1S) (1+αT1S)
超前校正部分：
(1+ T2S)
(1+
T2 α
S)
L(ω)/dB
1
1
0 α T1
T1
-20dB/dec
φ(ω)
0
1α
T2
T2
ω
+20dB/dec
ω
第一节 系统校正的一般方法
(2) 有源滞后—超前
R2
校正装置 传递函数为:
ur R1
GGcc(式(ss))中==K:(K1(cc1(+(1+1aK+T+TTcT01=S1S1S)SR)()()12(1R(+1+1+1+RT+TaT33T2S2S2S)S))) T1=
a=
1+sinφm 1–sinφm
第一节 系统校正的一般方法
(2) 有源超前校正装置
R2 C
R3
Gc(s)=
R3[1+(R1+R2)Cs] R1(1+R2Cs)
自动控制原理校正课程设计--控制系统设计与校正
题目控制系统设计与校正课程名称自动控制原理课程设计院部名称机电工程学院专业电气工程及其自动化班级10电气工程及其自动化（单）学生姓名学号课程设计地点 C306课程设计学时1周指导教师目录一、绪论1.1、相关背景知识 (3)1.2、课程设计任务 (3)二、设计过程 (4)2.1、确定校正传递函数 (4)2.2、利用MATLAB绘画未校正系统的bode图 (4)三、三种响应曲线 (8)3.1、校正前的三种响应曲线 (8)3.2、校正后三种响应曲线 (11)四、特征根 (13)4.1、校正前的特征根 (13)4.2、系统校正后的特征根 (14)五、系统的动态性能指标 (14)5.1、校正前动态性能指标σ%、tr、tp、ts (14)5.2、校正后的动态性能指标 (15)5.3、系统的稳态误差 (17)六、根轨迹 (17)6.1、校正前的根轨迹 (17)6.2、校正后的根轨迹 (19)七、系统的Nyquist图 (21)7.1、求系统校正前的Nyquist图 (21)7.2、求系统校正后的Nyquist图 (22)八、参考文献 (24)一、绪论1.1、相关背景知识所谓校正，就是在系统中加入一些其参数可以根据需要而改变的机构或装置，使系统整个特性发生变化，从而满足给定的各项性能指标。
系统校正的常用方法是附加校正装置。
按校正装置在系统中的位置不同，系统校正分为串联校正、反馈校正和复合校正。
按校正装置的特性不同，又可分为超前校正、滞后校正和滞后-超前校正、PID 校正。
这里我们主要讨论串联校正。
串联超前校正是利用超前网络或PD 控制器进行串联校正的基本原理，是利用超前网络或PD 控制器的相角超前特性实现的，使开环系统截止频率增大，从而闭环系统带宽也增大，使响应速度加快。
1.2、课程设计任务（1）、要求：a 、掌握自动控制原理的时域分析法，根轨迹法，频域分析法，以及各种补偿（校正）装置的作用及用法，能够利用不同的分析法对给定系统进行性能分析，能根据不同的系统性能指标要求进行合理的系统设计，并调试满足系统的指标。
控制系统校正基础、理论设计方法与例题讲解
2 比例-微分 ( P D ) 控制规律 具有比例－微分控制规律的控制器，称为PD控制器，
其输出m ( t ) 与输入e ( t ) 的关系如下式
所示：m(t)Kpe(t)Kpded(tt)
K p 为比例系数； 为微分 时间常数。PD控制器中的微分控制规律，能反应输入信号 的变化趋势，产生有效的早期修正信号，以增加系统的阻尼 程度，从而改善系统的稳定性。在串联校正时，可使系统增 加一个 1 的开环零点，使系统的相角裕度提高，因而有助 于系统动态性能的改善。
控制系统的校正基础、理论设计 方法和例题讲解
1
基本要求 6－1 系统校正设计基础 6－2 串联校正 6－3 串联校正的理论设计方法 6－4 反馈校正(略) 6－5 复合校正(略)
返回主目录
① 正确理解串联超前、串联滞后、串联滞后-超前三种 校正的特性及对系统的影响。
② 掌握基本的校正网络及运算电路。 ③ 熟练掌握运用(低、中、高)三频段概念对系统校正
c
12
1
100( S 1)
•
校正后函数应为：Wc
(s)W(S)
S(0.1S
1
1)(
S
1)
2
• （4）校正后穿越频率为校正装置两交接频率的几何
• 中点，且在 '时， c
• 近似计算得 2 .4 ,2 8 .6 ,9' 4 .8 4
1
2
c
•
校正后相位裕量：(
')
c
1800(900arcta41n4.08
• 鉴于超前校正的转折频率应选在系统中频 段，而滞后校正的转折频率应选在系统的
低频段，因此可知滞后—超前串联校正的
传递函数的一般形式应为
自动控制原理 控制系统串联校正装置的设计
实验六 控制系统串联校正装置的设计一、实验目的应用频率校正法，对给定系统进行串联校正设计，并在模拟学习机上加以实现，验证设计的正确性。
二、实验仪器设备（1）AC －1自动控制综合实验仪 一台（2）数字计算机（配有AD/D 卡） 一台（3）数字万用表 一块三、设计任务与要求1. 已知单位反馈系统的开环传递函数为：)1()(0+=s s K s G 当输入信号r (t) = 1时，要求：稳态误差0.1ss e ≤；开环截止频率4.4'0≥ω（rad/s ）；相角裕度045'≥γ；幅值裕度dB h 10'≥，试设计系统的串联超前校正装置。
2. 已知单位反馈系统的开环传递函数为：)12.0)(11.0()(0++=s s s K s G 要求：校正后系统的静态速度误差等于30（1/s ）；相角裕0'40≥γ；幅值裕度dB h 10'≥，开环截止频3.2'0≥ω（rad/s ）；试设计系统的串联滞后校正装置。
四、实验内容（1）为了满足系统给出的开环截止频率和相角裕度的要求，利用数字计算机进行频率特性的计算，选择校正网络的参数、电容和电阻值。
（2）将设计的校正装置接入系统中，观察校正后系统的阶跃响应曲线，并检验是否满足给定的性能指标要求。
（3）若校正后，系统性能指标未达到给定的要求，应适当调节校正装置中的电阻，直至各项性能指标均满足要求为止。
如果调节电阻无法达到，则需重新设计。
（4）应用MATLAB 软件的SIMULINK 仿真环境对校正前后的系统进行仿真，计算频率特性，并与实验结果进行比较。
五、实验报告要求（1）实验完毕，利用实验数据文件，按实验指导老师的要求打印部分实验曲线，以便完成实验报告。
（2）给出校正前后系统的传递函数及其模拟电路；（3）根据校正装置设计的要求给出设计过程；（4）根据系统校正前后的阶跃响应曲线，分析校正的作用及特点。
计算机控制课程设计--串联校正控制器设计
《计算机控制》课程设计报告题目: 串联校正控制器设计姓名:学号:2013年12月2日《计算机控制》课程设计任务书指导教师签字：系（教研室）主任签字：2013年 11 月 25 日1、 模拟控制器的设计原系统的开环传递函数为(1)(4)Ks s s ++，单位负反馈。
根据题目要求，系统阻尼比为0.5，无阻尼自然振荡频率2rad/s 。
因此期望主导极点为1d n s j =-ξω±ω=-±用Matlab 绘制其根轨迹如下图所示：----R oot LocusR eal A xi s (seconds -1)I ma g i n a r y A x i s (s e c o n d s -1)图 1 校正前系统的根轨迹由上图可知，期望闭环极点位于根轨迹左侧，可以采用相位超前校正，使根轨迹左移。
由图可见，开环几点之一，1s =-正好位于期望闭环极点d s 垂线下的负实轴上，如果令校正装置的零点设在紧靠1s =-这个开环极点的左侧，另 1.2c z =-，这样做往往能增大d s 成为闭环主导极点的可能性。
运用Matlab 编程求出对应于零点 1.2c z =-的极点为5c p =-，因此校正后系统的开环传递函数为：( 1.2)()(1)(2)(5)K s G s s s s s +=+++其根轨迹如图2所R eal A xi s (seconds -1)I m a g i n a r y A x i s (s e c o n d s -1)----图 2 校正后系统根轨迹根据幅值条件，可以求出系统工作于点d s 的K 值为30。
原系统及校正后系统的阶跃响应如图3所示：024681012141618200.0.0.0.1.1.Ti m e (seconds)A mp l i t u d e图 3 原系统阶跃响应0.0.0.0.1.1.Ti m e (seconds)A mp l i t u d e图 4 校正后系统的阶跃响应可以看出原系统阶跃响应单调递增变化，为过阻尼的情况；校正后系统衰减震荡，为欠阻尼，由其根轨迹曲线可以看出，工作点近似位于期望闭环极点上。
控制系统校正课程设计
目录一、设计目的 (1)二、设计内容与要求 (1)设计内容 (1)设计条件 (1)设计要求 (1)三、设计方法 (1)1、自学MATLAB (1)2、校正函数的设计 (1)3、函数特征根 (3)4、函数动态性能 (5)5、根轨迹图 (8)6、Nyquist图 (10)7、Bode图 (12)参考文献 (15)一、设计目的：、了解控制系统设计的一般方法、步骤。
2、掌握对系统进行稳定性分析、稳态误差分析以及动态特性分析的方法。
3、掌握利用MATLAB 对控制理论内容进行分析和研究的技能。
4、提高分析问题解决问题的能力。
二、设计内容与要求：设计内容：1、阅读有关资料。
2、对系统进行稳定性分析、稳态误差分析以及动态特性分析。
3、绘制根轨迹图、Bode 图、Nyquist 图。
4、设计校正系统，满足工作要求。
设计条件：已知单位负反馈系统的开环传递函数： 0()11(1)(1)26K G S S S S =++ ，试用频率法设计串联滞后校正装置，使系统的相位裕度为00402γ=±，增益裕度不低于10dB ，静态速度误差系数17V K s -=，剪切频率不低于1rad/s 。
设计要求：• 能用MATLAB 解复杂的自动控制理论题目。
• 能用MATLAB 设计控制系统以满足具体的性能指标。
• 能灵活应用MATLAB 的CONTROL SYSTEM 工具箱和SIMULINK 仿真软件，分析系统的性能。
三、设计步骤：1、自学MATLAB 软件的基本知识。
包括MATLAB 的基本操作命令、控制系统工具箱的用法等，并上机实验。
2、基于MATLAB 用频率法对系统进行串联校正设计，使其满足给定的频域性能指标。
要求程序执行的结果中有校正装置传递函数和校正后系统开环传递函数，校正装置的参数,等的值。
解：⑴. 求满足稳态误差要求的系统开环增益.-100007lim ()()lim 11(1)(1)26=7v s s K s K sG s H s SS K →→===++= 即被控对象的传递函数为：7=11s(1)(1)26S S ++ G(s)= 32712s +s +s 123= 3270.083s +0.667s +s ⑵.利用已经确定的开环增益k,画出未校正的系统的Bode 图，求出 相位裕度和幅值裕度。
控制理论实验的汇报材料线性定常系统地串联校正
控制理论实验的汇报材料线性定常系统地串联校正实验目的：本实验旨在探究线性定常系统的串联校正方法，并通过实验验证串联校正的有效性和可行性。
实验原理：线性定常系统的串联校正指的是通过将系统分为若干个小的子系统来进行校正的过程。
校正的目标是对每一个子系统都进行稳态和动态的校正，使得整个系统的输出能够满足预定的要求。
在进行串联校正之前，首先需要对每一个子系统进行稳态和动态特性的测定。
稳态特性可以通过输入一个稳定信号，并记录输出信号的稳态值来进行测定。
动态特性可以通过输入一个变化信号，并记录输出信号的变化过程来进行测定。
对于每一个子系统，根据其稳态和动态特性的测定结果，我们可以选择合适的校正方法。
常用的校正方法包括增益校正、零极点校正和延迟校正等。
实验步骤：1.设计实验方案，并预先准备好所需的实验设备和材料。
2.搭建线性定常系统的串联校正实验平台，并连接好各个子系统。
3.对每一个子系统进行稳态和动态特性的测定。
稳态特性测定可以通过输入一个稳定信号（如直流信号），并记录输出信号的稳态值来获得。
动态特性测定可以通过输入一个变化信号（如阶跃信号或正弦信号），并记录输出信号的变化过程来获得。
4.根据每一个子系统的特性测定结果，设计并实施相应的校正方法。
根据需要可能需要调整系统的增益、零极点位置或引入延迟等措施。
5.分别对每一个子系统进行校正，并记录校正的结果。
6.整合各个子系统的校正结果，观察系统的整体校正效果。
实验结果与分析：根据实验测定的稳态和动态特性，我们可以看到每一个子系统的不足之处。
针对这些不足之处，我们通过增益校正、零极点校正和延迟校正等方法进行系统校正。
经过校正后，观察到整个系统的稳态和动态特性均有所改善。
系统的输出能够更好地满足预定的要求。
特别是在动态响应方面，系统的快速性能得到了明显提升。
该实验结果验证了线性定常系统的串联校正方法在实践中的有效性和可行性。
通过合理地设计校正方法，并对每一个子系统进行准确的校正，可以实现对整个系统输出的精确控制。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
河南科技大学课程设计说明书课程名称控制理论课程设计题目控制系统串联校正设计学院班级学生姓名指导教师日期控制理论课程设计任务书设计题目： 控制系统串联校正设计一、设计目的控制理论课程设计是综合性较强的教学环节。
其目的是培养学生对所学自控理论知识进行综合应用的能力；要求学生掌握自动控制系统分析、设计和校正的方法；掌握应用MATLAB 语言及SIMULINK 仿真软件对控制系统进行分析、设计和校正的方法；培养学生查阅图书资料的能力；培养学生撰写设计报告的能力。
二、设计任务及要求应用时域法、频域法或根轨迹法设计校正系统，根据控制要求，制定合理的设计校正方案，给出校正装置的传递函数；编写相关MATLAB 程序或设计相应的SIMULINK 框图，绘制校正前、后系统相应图形分析系统稳定性，分析系统性能，求出校正前、后系统相关性能指标；比较校正前后系统的性能指标；编制设计说明书。
三、设计要求 已知单位负反馈系统的开环传递函数02K G(S)S (0.2S 1)=+，试用频率法设计串联校正装置，使系统的相角裕量︒≥40γ，静态加速度误差系数a K 10=。
四、设计时间安排 查找相关资料（1天）；编写相关MATLAB 程序，设计、确定校正环节、校正（2天）；编写设计报告（1天）；答辩修改（1天）。
五、主要参考文献1.梅晓榕. 自动控制原理, 科学出版社.2.胡寿松. 自动控制原理（第五版）, 科学出版社.3.邹伯敏. 自动控制原理,机械工业出版社.4.黄忠霖. 自动控制原理的MATLAB 实现，国防工业出版社.指导教师签字： 年 月 日摘要本文首先使用MATLAB软件绘制出未校正系统的Bode图和根轨迹，然后分别对系统的Bode图和根轨迹分析，得知为校正的系统不稳定，而且不满足题目要求，只有通过校正才能使系统稳定并满足要求。
根据未校正系统的参数和题目的要求，可知需要采用串联超前校正，然后计算校正装置各参数，得出校正装置的传递函数并用MATLAB软件绘制出校正装置的Bode图，分析其对系统各性能指标的影响。
根据校正装置的传递函数得出校正后系统的开环传递函数，并绘制出校正后系统的Bode图，得出系统各性能指标，分析系统的稳定性，最后根据校正后系统的奈奎斯特图分析，得出校正后系统稳定的结论。
关键词：超前校正，MATLAB软件，Bode图目录第一章、绪论 (1)§1.1 设计目的和意义 (1)§1.2 设计题目和要求 (2)第二章、总体设计 (3)§2.1校正前对系统的分析 (3)§2.2校正参数计算 (6)§2.3校正后对系统的分析 (9)第三章、设计结论 (14)参考文献 (14)第一章、绪论在控制工程中用得最广的是电气校正装置，它不但可应用于电的控制系统，而且通过将非电量信号转换成电量信号，还可应用于非电的控制系统。
控制系统的设计问题常常可以归结为设计适当类型和适当参数值的校正装置。
校正装置可以补偿系统不可变动部分（由控制对象、执行机构和量测部件组成的部分）在特性上的缺陷，使校正后的控制系统能满足事先要求的性能指标。
常用的性能指标形式可以是时间域的指标，如上升时间、超调量、过渡过程时间等，也可以是频率域的指标，如相角裕量、增益裕量、谐振峰值、带宽等。
在许多情况下,它们都是由电阻、电容按不同方式连接成的一些四端网络。
各类校正装置的特性可用它们的传递函数来表示，此外也常采用频率响应的波德图来表示。
不同类型的校正装置对信号产生不同的校正作用，以满足不同要求的控制系统在改善特性上的需要。
§1.1 设计目的和意义目的：（1）学习在自动控制系统中对不同的系统选用不同的校正方式；（2）理解相角裕量、稳态误差、截止频率、幅值裕度、相位穿越频率等参数的含义以及对系统性能的影响；（3）学习使用MATLAB绘制系统各种图形，使用SIMULINK对校正系统进行仿真，绘制出系统的单位阶跃响应曲线。
意义：（1）通过课程设计掌握自动控制原理课程的有关知识，加深对所学内容的认识理解，提高解决实际问题的能力，为将来打下坚实的基础；（2）学会运用所学知识解决实际问题。
§1.2 设计题目和要求 已知单位负反馈系统的开环传递函数02K G(S)S (0.2S 1)=+，试用频率法设计串联校正装置，使系统的相角裕量︒≥40γ，静态加速度误差系数a K 10=。
设计要求：（1）分析题目要求，说明校正的设计思路 （2）根据参数写出传递函数，绘制校正前后校正装置和系统的Bode 图、使用simulink 仿真单位阶跃响应曲线；（3）画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图，并进行分析；第二章、总体设计§2.1校正前对系统的分析 串联超前校正装置的传递函数为TsT K s G c αα++=1s 1)(c （1）根据对稳态误差的要求确定开环增益；（2）按已确定的K ，绘制未校正系统的伯德图，并计算相角裕量0γ；（3）在未校正系统伯德图选取c w ，然后求出α，转折频率1w 、2w ；（4）利用MATLAB 语言计算出超前校正器的传递函数；（5）校验校正后的系统是否满足题目要求。
§2.1.1校正前系统的参数已知单位负反馈系统的开环传递函数：)12.0()(20+=s s K s G 静态加速度误差系数为：10=a K ，则：10)(lim 020===→K s G s K s a 满足初始条件的开环传递函数为：)12.0(10)(2+=s s s G §2.1.2使用MATLAB 绘制校正前的Bode 图程序如下：num=[10];den=[0.2 1 0 0];margin(num,den)grid得到的Bode图如图1所示：图1 校正前系统Bode图§2.1.3使用SIMULINK绘制校正前的系统结构框图及仿真图图2 校正前的系统结构图图3 校正前系统仿真图单位阶跃响应曲线分散，系统不稳定。
§2.1.4使用MATLAB绘制校正前系统的根轨迹程序如下：num=[10];den=[0.2 1 0 0];rlocus(num,den)得到校正前系统的根轨迹如图4所示：图4 校正前系统的根轨迹§2.1.5使用MATLAB绘制校正前系统的奈奎斯特图程序如下：num=[10];den=[0.2 1 0 0];nyquist(num,den)得到校正前系统的奈奎斯特图如图5所示：图5 校正前系统的奈奎斯特图由图1可知校正前系统的频域性能指标如下：幅值裕度dB k g -∞=； 相角裕量︒=.430-γ；相位穿越频率0=g w ； 截止频率s rad w c /94.2= 由图1校正前系统Bode 图可知，系统相角裕量︒<︒=0.430-γ，系统不稳定。
图3校正前系统仿真图单位阶跃响应曲线不稳定，因此系统不稳定。
图4校正前系统根轨迹没有全部位于s 左半平面，系统不稳定，需要校正。
§2.2校正参数计算§2.2.1校正设计参数计算首先了解一下串联超前校正的使用范围：如果在未校正系统的截止频率c w 附近，相频特性的变化率很大，即相角减小得很快，则采用单级串联校正效果将不大，这是因为随着校正后的截止频率'cw 向高频段的移动，相角在c w 附近将减小得很快，于是在新的截止频率上便很难得到足够大的相裕量。
在工程实践中一般不希望a 值很大，当a ＝20时，最大超前角︒=60m ϕ，如果需要60°以上的超前相角时，可以考虑采用两个或两个以上的串联超前校正网络由隔离放大器串联在一起使用。
在这种情况下，串联超前校正提供的总超前相角等于各单独超前校正网络提供的超前相角之和。
由以上得到的数据可知，相角裕度不满足︒≥40c ωγ要求，需要校正。
确定为达到相角裕度要求，需增加的超前相角，并由此估算出要求的最大超前相位m ϕ：需要增加的超前相角：︒=︒--︒=4.70)4.30(40ϕ应当注意，超前校正装置不仅改变了Bode 图中的相角曲线，也改变了幅值曲线，并使幅值穿越频率增大，即c ω右移（参看图2）。
在新的幅值穿越频率'c ω上，()G s 的相角滞后增大了，因此相角超前装置必须补偿掉这一相角滞后增量。
为此相角超前校正装置产生的最大超前相角约为：︒=︒+=4.755ϕϕm确定超前校正传递函数的参数：TsT K s G c αα++=1s 1)(c 由公式mm sin 1sin -1ϕϕα+=得： 0164.0)4.75sin(1)4.75sin(-1sin 1sin -1m m ≈︒+︒=+=ϕϕα 可求得校正装置的幅值：dB j G m c 85.171lg 10)(lg 20≈==αωωω由图1中对数幅值曲线查得原系统幅值)((lg 20jw G c =17.85dB 时的频率为C ω=1.11rad/s 。
因此可得：14.01≈=c w Tα 67.81≈=ααc w T Kc 为比例环节的系数，在此系统中置为1，不进行放大。
求出校正装置的传递函数： 将T 1、T α1、c K 带入公式TsT s G α++=1s 1)(c 中得 67.80.14s )(c ++=s s G §2.2.2使用MATLAB 绘制出校正装置的Bode 图程序如下：num=[1 0.14];den=[1 8.67];margin(num,den) grid图6 校正装置的Bode 图§2.3校正后对系统的分析§2.3.1绘制出校正后系统结构框图及仿真图校正装置参数确定后，校正后系统的开环传递函数为：)67.8)(12.0(s 14.010)()()(20+++=⋅=s s s s G s G s G c ）（图7系统校正后结构框图图8 校正后单位阶跃响应曲线§2.3.2绘制出校正后系统的Bode 图和校正后的单位阶跃响应图程序如下：num=conv([0 0 0 10],[0 0 1 0.14]);den=conv([0.2 1 0 0],[0 0 1 8.67]);sys1=tf(num,den);subplot(2,2,1); %在指定窗口绘制图形margin(sys1);grid;subplot(2,2,2);num12=num;den12=num+den;sys12=tf(num12,den12);step(sys12);grid图9 校正后系统Bode图图10 校正后单位阶跃响应图验证校正后系统的各项性能指标是否满足要求。
经研究已校正系统的Bode 图，从图7中可以看出，超前装置加入系统后，使系统的剪切频率c ω左移到=c ω 1.11rad/s 处，这说明系统的频带宽度减小，与此同时，相角裕度为=λ︒8.62，系统满足了题目所给的各项性能指标，因此，可以说校正后的系统性能指标达到了规定的要求。