串联校正设计
串联超前校正课程设计
串联超前校正课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握串联超前校正的基本概念，理解其在控制系统中的应用和作用。
2. 学会运用数学公式和电路图表达串联超前校正环节，并分析其对系统性能的影响。
3. 掌握串联超前校正参数的设计方法，能够根据特定性能指标完成校正参数的计算。
技能目标：1. 培养学生运用仿真软件进行串联超前校正电路搭建和测试的能力。
2. 提高学生分析控制系统性能、提出改进方案并实施的能力。
3. 培养学生团队协作、沟通表达的能力，能够在小组讨论中分享观点和倾听他人意见。
情感态度价值观目标：1. 激发学生对自动化控制技术的兴趣，培养其探究精神和创新意识。
2. 引导学生认识到科技进步对国家发展的重要性，树立正确的价值观。
3. 培养学生严谨、务实的科学态度，养成良好的学习习惯。
本课程针对高年级学生的认知水平和学习特点，注重理论知识与实践操作的相结合，培养学生的动手能力和创新能力。
通过本课程的学习，使学生能够更好地理解和应用串联超前校正技术，为后续专业课程打下坚实基础。
同时，注重培养学生的团队协作能力和沟通表达能力，提升其综合素质。
1. 理论知识：- 串联超前校正的基本原理及其在自动控制系统的应用。
- 串联超前校正的数学模型及传递函数推导。
- 串联超前校正对系统稳定性、快速性、平稳性等性能的影响。
- 校正参数的设计方法及步骤。
2. 实践操作：- 使用仿真软件（如MATLAB）搭建串联超前校正电路。
- 对搭建的校正电路进行仿真测试，分析校正效果。
- 根据性能指标要求，调整校正参数，优化系统性能。
3. 教学安排与进度：- 理论知识部分：共4课时，分两个阶段进行。
第一阶段（2课时）主要介绍串联超前校正的基本原理、数学模型及传递函数；第二阶段（2课时）讲解校正参数设计方法及性能分析。
- 实践操作部分：共4课时，与理论知识部分同步进行。
学生分小组进行仿真软件操作，教师指导并解答疑问。
4. 教材章节与内容：- 教材第五章：自动控制系统中的校正方法。
串联前馈校正课程设计
串联前馈校正课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解并掌握串联前馈校正的基本概念与原理。
2. 学生能够运用数学公式和电路图表达串联前馈校正的过程。
3. 学生能够解释串联前馈校正对系统性能的影响及其在实际应用中的重要性。
技能目标：1. 学生能够设计简单的串联前馈校正电路，并分析其校正效果。
2. 学生通过实际操作和模拟软件，培养解决实际工程问题的能力。
3. 学生能够利用所学知识，对现有系统进行性能优化分析与建议。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对自动控制学科的兴趣，激发学习热情和探究精神。
2. 学生通过小组合作，培养团队协作精神和沟通能力。
3. 学生通过学习，认识到科学技术在国家发展和社会进步中的重要作用，增强社会责任感和使命感。
课程性质分析：本课程属于自动控制原理部分，以理论与实践相结合的方式进行教学，旨在帮助学生建立完整的自动控制知识体系。
学生特点分析：考虑到学生年级特点，已经具备一定的电路基础和控制理论基础，但需进一步通过实践加深对理论知识的理解。
教学要求：结合学生特点和课程性质，注重理论与实践相结合，强调学生的参与和动手能力，通过具体实例和实际操作，使学生能够真正理解和掌握串联前馈校正的相关知识。
在教学过程中，注重培养学生的创新能力和实际操作技能，为后续课程学习打下坚实基础。
二、教学内容1. 串联前馈校正的基本原理及其数学描述。
- 课本章节：第三章第三节- 内容：前馈控制的概念、串联前馈校正的原理、数学模型的建立。
2. 串联前馈校正电路的设计与分析。
- 课本章节：第三章第四节- 内容：串联前馈校正电路的设计方法、性能分析、参数调整。
3. 串联前馈校正在实际系统中的应用案例分析。
- 课本章节：第三章第五节- 内容：典型应用案例、系统性能优化、实际操作演示。
4. 实验教学与软件模拟。
- 课本章节：实验教程第四章- 内容：实验原理、实验步骤、软件模拟操作、实验结果分析。
教学大纲安排：第一周：学习串联前馈校正的基本原理及其数学描述。
串联校正系统设计
串联校正系统设计引言：串联校正系统（Cascade Control System）是一种常用的控制系统结构，通过将多个控制环路串联在一起，实现更高级别的控制和优化。
本文将介绍串联校正系统的设计原则和步骤。
一、设计原则：1. 目标一致性：各个控制环路的目标必须要一致，以确保系统能够整体协调运作。
2. 层次化：将系统分为多个层次，每个层次对应一个控制环路，上层环路控制下层环路的设定值，下层环路控制具体的执行。
3. 校正器选择：选择合适的校正器，使得系统的动态响应满足要求，同时保持稳定性。
二、设计步骤：1. 确定系统层次：根据实际需求和系统结构设计，确定系统的层次结构。
2. 确定各个环路：根据系统的层次结构，确定每个层次对应的控制环路，包括上层环路和下层环路。
3. 设定目标：对于每个环路，设定合适的目标，如温度、压力等。
4. 设定环路连接方式：根据系统的工作原理和目标要求，确定各个环路之间的连接方式，可采用级联、串联等方式。
5. 设计校正器：根据系统的特点和要求，选择合适的校正器，如PID控制器、模型预测控制器等。
6. 参数调整：对于每个环路的校正器参数进行调整，使得系统的动态响应满足要求，同时保持稳定性。
7. 系统测试：对整个系统进行测试，验证设计的可行性和有效性，并进行必要的调整和优化。
三、示例：以温度控制系统为例，设计一个串联校正系统。
系统包含三个环路，分别是室内温度环路、供水温度环路和供水流量环路。
1. 确定系统层次：系统的层次结构为：室内温度环路（上层环路）→供水温度环路（中层环路）→供水流量环路（下层环路）。
3. 设定目标：室内温度环路的目标设定为25摄氏度，供水温度环路的目标设定为60摄氏度，供水流量环路的目标设定为10L/min。
4. 设定环路连接方式：采用级联连接方式，上层环路控制下层环路的设定值。
5. 设计校正器：对于每个环路，选择合适的校正器。
如室内温度环路可以使用PID控制器，供水温度环路可以使用模型预测控制器。
基于matlab的串联超前校正器设计
基于matlab的串联超前校正器设计一、串联超前校正器介绍1. 串联超前校正器的基本概念串联超前校正器是指一种具有稳定性和可调整性的控制系统，其目的是使被控系统的输出信号能够完全满足设定的要求。
这种校正器具有调节响应时间和级联控制两种作用，因此它可以用于各种控制常见的系统，以提高控制精度和动态特性。
2. 串联超前校正器的原理串联超前校正器的原理是将调节器和级联控制器结合起来，进行串联调节。
具体来说，调节器将控制量转换成一系列等效现象，以便确定被控系统的调节目标状态，而级联控制器将控制量转换为一系列计算参数来调整被控系统的动态响应，以期获得最新的控制精度和动态特性。
二、MATLAB对串联超前校正器的设计1. MATLAB环境搭建使用MATLAB设计串联超前校正器的基本步骤为：利用串联调节器的原理，设计滤波器，确定控制量，设计一系列参数来调整动态响应，评估系统性能，以及采用MATLAB技术来实现设计的仿真。
2. 模型建立在MATLAB环境中，先建立设计的串联超前校正器模型。
模型建立的过程涉及到拟合模型、调整参数等，以便使控制系统的系统表现达到设定的要求。
3. 系统性能评估在MATLAB环境中，可以运用信号处理技术来评估设计的串联超前校正器的系统性能，同时对模型的性能进行验证。
具体的系统性能指标包括：稳定性、静态误差、动态误差和可调性等。
4. 模型仿真最后，利用MATLAB技术来对模型进行仿真。
采用不同的输入信号，研究串联超前校正器的分级控制特征，以及系统性能的影响。
三、总结本文介绍了使用MATLAB设计串联超前校正器的步骤，包括模型建立、系统性能评估以及模型仿真。
MATLAB的使用可以简化串联超前校正器的设计过程，大大提高控制精度和动态特性，从而提高系统的可用性。
线性系统串联校正
线性系统串联校正一·实验目的1. 熟悉串联校正装置对线性系统稳定性和动态特性的影响。
2. 掌握串联校正装置的设计方法和参数调试技术。
二·实验要求1. 观测未校正系统的稳定性和动态特性。
2. 按动态特性要求设计串联校正装置。
3. 观测加串联校正装置后系统的稳定性和动态特性, 并观测校正装置参数改变对系统性能的影响。
4．对线性系统串联校正进行计算机仿真研究, 并对电路模拟与数字仿真结果进行比较研究。
三·实验原理①设计并连接一加串联校正后的二阶闭环系统的模拟电路, 可参阅本实验附录的图4.4.4, 利用实验箱上的U9、U14、U11.U15和U8单元连成②通过对该系统阶跃响应的观察, 来完成对其稳定性和动态特性的研究, 如何利用实验设备观测阶跃特性的具体操作方法, 可参阅“实验一”的实验步骤2。
四·实验所用仪器PC微机（含实验系统上位机软件）、ACT-I实验箱、USB2.0通讯线五·实验步骤和方法1. 观测未校正系统的稳定性和动态特性。
2. 按动态特性要求设计串联校正装置。
3．观测加串联校正装置后系统的稳定性和动态特性, 并观测校正装置参数改变对系统性能的影响。
4．对线性系统串联校正进行计算机仿真研究, 并对电路模拟与数字仿真结果进行比较研究。
具体步骤:1. 利用实验设备, 设计并连接一未加校正的二阶闭环系统的模拟电路, 完成该系统的稳定性和动态特性观测。
提示:①设计并连接一未加校正的二阶闭环系统的模拟电路, 可参阅本实验附录的图 4.1.1和图4.1.2, 利用实验箱上的U9、U11.U15和U8单元连成。
②通过对该系统阶跃响应的观察, 来完成对其稳定性和动态特性的研究, 如何利用实验设备观测阶跃特性的具体操作方法, 可参阅实验一的实验步骤2。
2．参阅本实验的附录, 按校正目标要求设计串联校正装置传递函数和模拟电路。
3. 利用实验设备, 设计并连接一加串联校正后的二阶闭环系统的模拟电路, 完成该系统的稳定性和动态特性观测。
串联超前校正的设计步骤
串联超前校正的设计步骤引言在工程领域中，为了确保系统的稳定性和性能，需要对系统进行校正。
其中一种常见的校正方法是串联超前校正。
本文将介绍串联超前校正的设计步骤，并详细讨论每个步骤的目标、方法和注意事项。
步骤一：系统分析和建模在进行任何形式的校正之前，首先需要对待校正系统进行全面的分析和建模。
该分析包括确定系统结构、参数和性能指标等。
目标：•理解待校正系统的结构和工作原理。
•理解各个组件之间的相互关系。
•确定待校正系统的参数和性能指标。
方法：1.收集有关待校正系统的技术规格说明书、原理图等资料。
2.绘制待校正系统的框图，标明各个组件之间的连接关系。
3.研究待校正系统中各个组件的功能和特性。
4.测试待校正系统以获取基本性能数据。
注意事项：•对于复杂的系统，可能需要使用计算机辅助设计（CAD）软件来绘制框图。
•在测试期间，确保使用准确和可靠的测试设备和方法。
步骤二：确定校正目标和要求在进行超前校正之前，需要明确校正的目标和要求。
这些目标和要求通常包括系统的稳定性、响应速度、抗干扰能力等。
目标：•确定校正的具体目标和要求。
•确定校正后系统应满足的性能指标。
方法：1.与系统设计人员和用户进行沟通，了解他们对系统性能的期望。
2.根据系统分析结果，确定校正目标和要求。
3.将校正目标和要求以清晰明确的方式记录下来。
注意事项：•在与设计人员和用户沟通时，需要充分理解他们的需求，并将其转化为具体的性能指标。
步骤三：设计串联超前校正器在完成系统分析、建模以及确定校正目标之后，可以开始设计串联超前校正器了。
串联超前校正器是一种用于改善系统响应速度和稳定性的控制器。
目标：•设计一个满足校正目标和要求的串联超前校正器。
•改善系统响应速度和稳定性。
方法：1.根据系统分析结果，选择合适的串联超前校正器类型。
2.根据校正目标和要求，设计串联超前校正器的传递函数。
3.使用数学工具（如MATLAB）进行仿真和优化。
4.根据仿真结果，进一步优化串联超前校正器的设计。
几种常用的串联校正装置及校正方法
⼏种常⽤的串联校正装置及校正⽅法⼏种常⽤的串联校正装置及校正⽅法⼀、相位超前校正装置1．电路2.传递函数3.频率特性⼆、校正原理⽤频率法对系统进⾏超前校正的基本原理，是利⽤超前校正⽹络的相位超前特性来增⼤系统的相位裕量，以达到改善系统瞬态响应的⽬的。
为此，要求校正⽹络最⼤的相位超前⾓出现在系统的截⽌频率（剪切频率）处。
由于RC组成的超前⽹络具有衰减特性，因此，应采⽤带放⼤器的⽆源⽹络电路，或采⽤运算放⼤器组成的有源⽹络。
⼀般要求校正后系统的开环频率特性具有如下特点：①低频段的增益充分⼤，满⾜稳态精度的要求；②中频段的幅频特性的斜率为-20dB/dec,并具有较宽的频带，这⼀要求是为了系统具有满意的动态性能；③⾼频段要求幅值迅速衰减，以较少噪声的影响。
三、校正⽅法⽅法多种，常采⽤试探法。
总体来说，试探法步骤可归纳为：1.根据稳态误差的要求，确定开环增益K。
2.根据所确定的开环增益K，画出未校正系统的博特图，量出(或计算)未校正系统的相位裕度。
若不满⾜要求，转第3步。
3.由给定的相位裕度值，计算超前校正装置应提供的相位超前量(适当增加⼀余量值)。
4.选择校正装置的最⼤超前⾓频率等于要求的系统截⽌频率，计算超前⽹络参数a和T；若有截⽌频率的要求，则依该频率计算超前⽹络参数a和T。
5.验证已校正系统的相位裕度；若不满⾜要求，再回转第3步。
例某单位反馈系统的开环传递函数如下设计⼀个超前校正装置，使校正后系统的静态速度误差系数Kv＝20s-1，相位裕度为γ≥50°。
解：根据对静态速度误差系数的要求，确定系统的开环增益K。
绘制未校正系统的伯特图，如图中的蓝线所⽰。
由该图可知未校正系统的相位裕度为γ＝17°根据相位裕度的要求确定超前校正⽹络的相位超前⾓由P133页，式(6-5)超前校正装置在w m处的幅值为在为校正系统的开环对数幅值为-6.2dB 对应的频率，这⼀频率就作为是校正后系统的截⽌频率。
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。
无源串联校正设计总结
无源串联校正设计总结使用相位超前网络进行校正相位超前网络的电路实现：2111212112()1()1o i E s R R C s R R E s R R C sR R +=+++ 取 122R R a R +=111j aT a j Tωω+=+ (频域校正使用)11s aT s T+=+(根轨迹校正使用)频域校正方法： 无源超前网络的频率特性为：111j aT a j Tωω+=+a. 首先调节被控对象的增益，使其满足稳态误差系数的要求;b. 画出改变增益后，系统的Bode 图。
求解以下频域性能指标：1111,,,c g G M ωγωc. 首先，取:'01m φγγ=-由式：'''1sin()1sin()m m a φφ+=-求解a 值，再由：()'2200c L ω+=C1解出'2c ω，然后由下式：'0112(1.2~2)()()m c c φγγφωφω⎡⎤=-+-⎣⎦确定最终的相位超前量。
d. 由：1sin()1sin()m m a φφ+=-确定a 的大小，再由：2()200c L ω+=确定2c ω的大小，再由：1aT=21c T =确定aT 和T 的大小。
e. 使用无源网络进行频域校正时，会导致增益下降a 倍，因此还需要在网络后级串入一个增益为a 的放大器，进行增益补偿。
f. 重新计算四项频域指标，看是否满足性能指标要求。
计算技巧：a. 求解a 时，使用式2(1c M ω=绕过对数运算，直接进行求解。
b. 第三步中的试探性计算，可以给出由于增益增加，导致增益剪切频率右移时，应该加入的相角补偿。
根轨迹校正方法 无源超前网络的零极点形式为：11s aT s T+=+罗斯-沃伦方法是一种通过直接配置超前网络的零极点，以保持开环增益不变的暂态特性校正方法。
其设计步骤如下：a. 首先计算控制系统的开环增益，使其满足稳态误差系数的要求，记录K ；b. 由给定的时域性能指标，计算校正后系统的主导极点1A 和2A ；c. 由开环增益不变的约束条件，有：1()i c i r ri ciz z z B K A K K A p p p ∏∏==∏∏即：1()c r r c z B K A K A p =i r ip K Kz ∏=∏1()c r cr z K B A p K A =其中：111()()r p K A G A =11,c c B A p A A z =+=+d. 由几何关系，有：cos cot sin c cz B A p φλφ=-其中φ为超前网络提供的相位超前角，满足：1()(21)p G A k φπ+∠=+由上式可以解出：11cot cot ()sin rr K K A λφφ=-e. 由：sin()sin()c nz λφωλφθ-=-+sin()sin()c np λωλθ=+即可完成相位超前网络的零极点配置。
串联校正零极点对消法设计matlab
串联校正零极点对消法设计matlab
串联校正零极点对消法是一种常用的控制系统设计方法，用于改善系统的稳定性和响应速度。
通过调整系统的零点和极点的位置，可以有效地抑制系统的振荡和不稳定行为。
在使用这种方法进行系统设计时，需要先对系统进行数学建模，然后根据系统的特性选择合适的校正零极点的位置。
接下来，可以使用matlab等工具来进行系统的仿真和分析，以评估系统的性能。
串联校正零极点对消法的核心思想是通过在系统中串联一个校正器来改变系统的传递函数。
校正器可以根据系统的特性和需求来设计，以实现对系统响应的优化。
在设计过程中，需要考虑到系统的稳定性、响应速度和抗干扰能力等因素。
通过合理地选择校正器的参数，可以使系统的零点和极点相互抵消，从而有效地提高系统的稳定性和性能。
校正器的设计可以基于经验法则或者优化算法来进行，具体选择取决于系统的特性和设计目标。
在matlab中，可以利用控制系统工具箱来进行系统建模、校正器设计和仿真分析。
该工具箱提供了丰富的函数和工具，可以帮助工程师快速地设计和优化控制系统。
串联校正零极点对消法是一种常用的控制系统设计方法，可以通过调整系统的零点和极点的位置来改善系统的稳定性和响应速度。
在实际应用中，可以利用matlab等工具进行系统的建模、校正器设计
和仿真分析，以实现对系统性能的优化。
6.3 串联校正
3.设计步骤
确定开环增益K
稳态误差的要求
、 、h(dB) 画出增益经调整后的未校正系统的波特图,并求 c
) c (c ) 补偿 (c
校正前 可取－60
给定的
确定滞后环节的T 和b
) 0 20lg b L(c
1 0.1c bT
4 已知 G ( s ) s( s 2)
设计要求：静态速度误差系数为20（1/秒），相角裕度不小于50 （度），
幅值裕度不小于10（dB）。 A. 根据静态误差指标确定开环增益
Kv lim s1 Gc ( s)G( s) lim s K
s 0 s 0
1 Ts 4 2 K 20 1 Ts s( s 2)
（3）高频区
远高于截止频率的区域。 可简单定义为10ωc 以后的频段 表征闭环系统的复杂性和抗干扰能力。
（据斜率）
3.
对开环频率响应的要求
稳态精度和相对稳定性是相互矛盾的。校正问题实质上是：如何实现这 两者间的折中。 为了得到较高的静态速度误差系数和满意的相对稳定性，就必须改变开 环频率响应曲线的形状。 低频区，增益要足够大；中频区，幅频斜率通常为 –20dB/dec ，且该斜 率持续频率区间要足够宽，保证有适当的相角裕度；高频区，增益要尽 可能快地衰减。 希望的开环频率响应曲线
s / 4.3 1 4K s /19.54 1 s( s TLAB绘制 Gc ( s)G ( s)
s / 4.3 1 4K 的Bode图。 s /19.54 1 s( s 2)
为系数为20。 设计满足要求。 此时，校正环节的
（4）串联串联校正系统的结构图
1 jT Gc ( j ) , 1 1 jT
实验八 基于MATLAB控制系统的频率法串联超前校正设计
实验八基于MATLAB控制系统的频率法串联超前校正设计一、实验目的1、对给定系统设计满足频域性能指标的串联校正装置。
2、掌握频率法串联有源和无源超前校正网络的设计方法。
3、掌握串联校正环节对系统稳定性及过渡过程的影响。
二、实验原理用频率法对系统进行超前校正的基本原理，是利用超前校正网络的相位超前特性来增大系统的相位裕量，以达到改善系统瞬态响应的目标。
为此，要求校正网络最大的相位超前角出现在系统的截止频率（剪切频率）处。
串联超前校正的特点：主要对未校正系统中频段进行校正，使校正后中频段幅值的斜率为-20dB/dec，且有足够大的相位裕度；超前校正会使系统瞬态响应的速度变快，校正后系统的截止频率增大。
这表明校正后，系统的频带变宽，瞬态响应速度变快，相当于微分效应；但系统抗高频噪声的能力变差。
1、用频率法对系统进行串联超前校正的一般步骤为：1）根据稳态误差的要求，确定开环增益K。
2）根据所确定的开环增益K，画出未校正系统的波特图，计算未校正系统的相位裕度。
3）计算超前网络参数a和T。
4）确定校正网络的转折频率。
5）画出校正后系统的波特图，验证已校正系统的相位裕度。
6）将原有开环增益增加倍，补偿超前网络产生的幅值衰减，确定校正网络组件的参数。
三、实验内容1、频率法有源超前校正装置设计例1、已知单位负反馈系统被控制对象的传递函数为：试用频率法设计串联有源超前校正装置，使系统的相位裕度 ，静态速度误差系数 。
clc; clear;delta=2; s=tf('s');G=1000/(s*(0.1*s+1)*(0.001*s+1));margin(G) 原系统bode 图[gm,pm]=margin(G) phim1=50;phim=phim1-pm+delta; phim=phim*pi/180;alfa=(1+sin(phim))/(1-sin(phim)); a=10*log10(alfa); [mag,phase,w]=bode(G); adB=20*log10(mag); Wm=spline(adB,w,-a); t=1/(Wm*sqrt(alfa)); Gc=(1+alfa*t*s)/(1+t*s); [gmc,pmc]=margin(G*Gc) figure;margin(G*Gc) 矫正后bode figure(1);step(feedback(G,1)) 矫正后01 figure(2);step(feedback(G*Gc,1)) 矫正后02结果显示： gm = 1.0100 pm =0()(0.11)(0.0011)K G s s s s =++045γ≥11000v K s -=0.0584gmc =7.3983pmc =45.7404分析：根据校正前后阶跃响应的曲线可知：校正后的系统满足动态性能指标以及频域性能指标。
串联滞后校正设计
串联滞后校正设计串联滞后校正是一种常用的控制系统设计方法，具有广泛的应用价值。
在工业自动化、电力系统、机械控制等领域中，我们经常会遇到需要对信号进行滞后校正的情况。
而串联滞后校正正是为此而设计的一种有效方式。
首先，让我们了解一下串联滞后校正的基本原理。
在一个典型的控制系统中，输入信号会经过一系列传递函数的作用，最终得到输出信号。
然而，由于传递函数的特性可能导致输出信号的滞后或者超前情况。
为了解决这个问题，我们引入了串联滞后校正。
在串联滞后校正中，我们使用了一个称为滞后校正器的设备。
滞后校正器由一个或多个滞后环节组成，通过适当的传递函数设计，可以使输入信号在经过滞后校正器后得到所需的滞后效果。
这样，输出信号就能更加精确地与输入信号同步。
串联滞后校正的设计方法有很多。
一种常用的方法是根据系统的频率响应特性，选择适当的传递函数。
根据实际应用需求，我们可以选择不同类型的滞后校正器，如一阶滞后校正器、二阶滞后校正器等。
通过调整传递函数的参数，可以实现不同程度的滞后校正效果。
除了传递函数的选择外，还需要考虑滞后校正器的结构设计。
滞后校正器通常由运算放大器、电容、电阻等元件构成。
这些元件的选择和连接方式对滞后校正器的性能起着重要作用。
合理地设计这些元件的数值和位置，可以使滞后校正器的性能达到最佳状态。
同时，我们还需要注意滞后校正器的稳定性问题。
在设计和搭建滞后校正器时，必须考虑系统的稳定性要求。
通过合理地选择传递函数和元件参数，可以使滞后校正器在满足滞后要求的同时，保持系统的稳定性。
这对于控制系统的正常运行具有至关重要的意义。
综上所述，串联滞后校正是一种有效的控制系统设计方法。
通过合理地选择传递函数和元件参数，可以实现输入信号滞后校正的需求。
在实际应用中，我们需要根据具体情况进行滞后校正器的设计，并确保其稳定性和性能。
希望通过这篇文章的介绍，读者对串联滞后校正的设计方法有了更加全面的了解，能够在实践中灵活应用，提高控制系统的性能和稳定性。
串联校正装置设计的一般方法及步骤
串联校正装置设计的一般方法及步骤串联校正装置在控制系统设计中扮演着至关重要的角色，它可以改善系统的性能，增强系统的稳定性和鲁棒性。
下面将介绍串联校正装置设计的一般方法及步骤：一、明确系统性能需求首先，需要明确控制系统需要满足的性能需求，包括系统的稳定性、快速性、准确性等。
这些性能需求将直接决定串联校正装置的类型和参数。
二、分析系统稳定性在明确了系统性能需求后，需要对控制系统进行稳定性分析。
通过计算系统的极点和零点，判断系统是否稳定。
如果系统不稳定，需要设计相应的串联校正装置来改善系统的稳定性。
三、选择合适的串联校正装置根据系统性能需求和稳定性分析结果，选择合适的串联校正装置。
常用的串联校正装置包括：超前校正、滞后校正、滞后-超前校正等。
不同的串联校正装置具有不同的频率特性，可以用来改善系统的不同性能指标。
四、设计串联校正装置参数在选择了合适的串联校正装置后，需要设计其参数。
参数设计需要根据系统性能需求、稳定性分析结果以及串联校正装置的特性进行。
通常，可以通过调整超前、滞后环节的增益和时间常数等参数来优化系统的性能。
五、实验验证与调整在完成串联校正装置的设计后，需要进行实验验证，以确认设计是否满足系统性能需求。
在实验过程中，需要对系统进行测试和调整，以确保系统的稳定性和性能达到预期要求。
如果实验结果不满足要求，需要对串联校正装置的参数进行调整，直到达到满意的结果。
六、集成到控制系统最后，将设计的串联校正装置集成到控制系统中。
在集成过程中，需要注意与原有系统的匹配问题，避免出现不必要的干扰和波动。
同时，还需要对控制系统进行实际的运行测试，以确保整个系统能够正常运行并满足性能需求。
综上所述，串联校正装置设计的一般方法及步骤包括明确系统性能需求、分析系统稳定性、选择合适的串联校正装置、设计串联校正装置参数、实验验证与调整以及集成到控制系统中。
这些步骤需要按照顺序逐步进行，以确保设计的串联校正装置能够有效地改善控制系统的性能。
串联超前校正设计
目录绪论 (3)1设计题目和设计要求 (4)1.1设计题目 (4)1.1.1题目 (4)1.1.2初始条件 (4)1.1.3设计要求 (4)1.1.4主要任务 (4)2设计原理 (5)2.1滞后-超前校正原理 (5)3设计方案 (7)3.1校正前系统分析 (7)3.1.1确定未校正系统的传递函数 (7)3.1.2未校正系统的伯德图和单位阶跃响应曲线和根轨迹 (7)3.2 未校正系统性能分析 (10)3.2.1未校正系统的相角裕度和幅值裕度 (10)3.2.2分析系统稳定时参数K的取值范围 (10)3.2.3系统的动态性能 (10)3.3方案选择 (10)4设计分析与计算 (11)4.1校正环节参数计算 (11)4.1.1确定系统的开环增益K (11)ϕ (11)4.1.2确定需要增加的超前相角c4.1.3确定校正装置的参数α (11)4.1.1确定校正传递函数 (11)4.2已校正系统传递函数 (11)5已校正系统的仿真波形及仿真程序 (12)5.1已校正系统的根轨迹 (12)5.2已校正系统的伯德图 (13)5.3已校正系统的单位阶跃响应曲线 (14)6系统校正前后图形对比 (17)6.1对比图与程序 (17)6.1.1系统校正前后伯德图 (17)6.1.2系统校正前后阶跃响应曲线 (18)结论 (19)参考文献 (21)附录 (23)总程序 (23)绪论《自动控制原理》在工程应用中有了不可缺少作用，拥有非常重要的地位，一个理想的控制系统更是重要。
然而，理想的控制系统是难以实现的。
要想拥有一个近乎理想的控制系统，就得对设计的控制系统进行校正设计。
对于一个控制系统，要想知道其的性能是否满足工程应用的要求，就得对系统进行分析。
对性能指标不满足要求的系统必须对其校正，目前常用的无源串联校正方法有超前校正、滞后校正和滞后-超前校正。
滞后-超前校正方法融合了超前和滞后校正的特点，具有更好的校正性能。
在校正设计过程中需要利用仿真软件MATLAB绘制系统的伯德图、根轨迹和单位阶跃响应曲线以获得系统的相关参数。
串联校正装置的课程设计
串联校正装置的课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解并掌握串联校正装置的基本原理和电路构成。
2. 学生能够运用所学知识，分析串联校正装置对系统性能的影响。
3. 学生能够解释串联校正装置在工程实践中的应用和价值。
技能目标：1. 学生能够独立设计简单的串联校正装置电路，并对其进行仿真分析。
2. 学生能够运用所学知识，解决实际电路中与串联校正装置相关的问题。
3. 学生能够通过实验和观察，验证串联校正装置对系统性能的改善效果。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对电子技术学习的兴趣，增强对电路分析和设计的自信心。
2. 学生通过团队合作，培养沟通、协作和解决问题的能力。
3. 学生了解串联校正装置在科技发展和国民经济建设中的重要作用，增强社会责任感。
课程性质：本课程为电子技术专业课程，以理论教学和实践操作相结合的方式进行。
学生特点：学生已具备一定的电子技术基础，具有较强的学习能力和动手能力。
教学要求：注重理论联系实际，培养学生的动手能力和创新意识，提高学生的综合素质。
在教学过程中，将课程目标分解为具体的学习成果，以便进行教学设计和评估。
二、教学内容本课程教学内容主要包括以下三个方面：1. 理论知识：- 串联校正装置的基本原理及其分类。
- 串联校正装置的电路构成及工作特性。
- 串联校正装置对系统稳定性、快速性和准确性的影响。
参考教材章节：第三章第二节“串联校正装置的原理与分类”。
2. 实践操作：- 设计简单的串联校正装置电路，并进行仿真分析。
- 通过实验验证串联校正装置对系统性能的改善效果。
- 掌握实验仪器和设备的使用方法，提高实际操作能力。
参考教材章节：第三章第三节“串联校正装置的电路设计与实验”。
3. 应用拓展：- 了解串联校正装置在工程实践中的应用案例。
- 探讨串联校正装置在新技术领域的应用前景。
- 分析串联校正装置在我国科技发展和国民经济建设中的贡献。
参考教材章节：第三章第四节“串联校正装置的应用与展望”。
实验用频率法设计串联超前校正网络
实际应用价值
探讨实验结论在实际工程 中的应用价值，为相关领 域的研究和实践提供参考。
未来研究方向
提出进一步研究的方向和 重点，为串联超前校正网 络的优化和完善提供思路 和建议。
06
总结与展望
实验收获与体会
01
掌握频率法设计串联超前校正网络的基本原理和方法，了解超前校正 网络对控制系统性能的影响。
根据实验结果，优化串联超前校正网络的设计。
05
实验结果与讨论
实验数据展示
01
实验数据来源
实验数据来源于实际工程项目， 包括传感器采集的实时数据和历 史数据。
数据预处理
02
03
数据展示方式
对原始数据进行清洗、去噪和归 一化处理，以提高数据质量和计 算准确性。
采用图表、曲线和表格等多种方 式展示实验数据，以便更直观地 观察和分析。
研究串联超前校正网络对系统性能的影响
通过实验，研究串联超前校正网络对系统性能的影响，包括系统的稳定性、动态响应和误 差等。
探索不同参数对串联超前校正网络性能的影响
通过实验，研究不同参数（如超前相角、带宽等）对串联超前校正网络性能的影响，为实 际应用提供理论依据。
实验背景
串联超前校正网络在控制系统中的应用
超前相位的计算
超前相位是串联超前校正网络的一个 重要参数，它能够提高系统的相位裕 度，改善系统的动态性能。
超前相位的计算需要考虑系统的带宽 和相位裕度等参数，通过调整超前相 位的大小，可以优化系统的动态性能。
放大系数的确定
放大系数是串联超前校正网络的另一个重要参数，它决定了 系统增益的大小。
在设计串联超前校正网络时，需要根据系统的性能要求和实 际情况，选择合适的放大系数，以保证系统在满足性能要求 的同时具有合理的增益。
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2、绘制在确定K值下的开环伯德图，计算其
相角裕度γ0
3、由要求的相角裕度γ，计算所需的超前相
角 0 0 5 ~ 20
4、计算校正网络系数
m0
1 1 ssii n nm m
串联校正设计
考虑到校正装置影 响剪切频率的位置 而留出的裕量
自动控制理论
第六章 线性系统的校正
5、确定校正后系统的剪切频率ωc
自动控制理论
第六章 线性系统的校正
串联相位超前校正设计举例
设一具有单位反馈的控制系统，其开 环传递函数为
4K Go(s) s(s2)
要求设计串联超前校正装置，使系统
具有静态速度误差系数Kv等于20s-1， 相角裕度γ不小于50°的性能指标。
串联校正设计
自动控制理论
第六章 线性系统的校正
20lg20 20dB
1 8 (0 c) 5.3 2 50
串联校正设计
自动控制理论
未校正系统bode图
第六章 线性系统的校正
校正系统bode图
增益裕度： +∞ 相角裕度：18°
串联校正设计
增益裕度： +∞ 相角裕度：52.6°
自动控制理论
第六章 线性系统的校正
未校正系统和校正系统的bode图
ωc0=6.2
ωc=9.1
K v 5 s 1 4 0c 0 .4 s 1
串联校正设计
自动控制理论
L(ω)
30dB
-20dB /dec
第六章 线性系统的校正
20dB 20lg5
10dB
0 0.1
-10dB
ω1=0.69 1
-20dB -10lg(1/α)
-30dB
ωc0
2 ωc=3.8
10
-40dB /dec
ω2=21.9 ω
第六章 线性系统的校正
串联相位滞后校正设计
设一具有单位反馈系统的开环传递函数为：
Go(s)s(s1)K (0.5s1)
要求设计串联滞后校正装置，使系统满足下 列性能指标：
K v 5 s 1 4 0c 0 .4 s 1
串联校正设计
自动控制理论
未校正系统bode图
第六章 线性系统的校正
串联校正设计
自动控制理论
§6-5
第六章 线性系统的校正
串联校正的设计
一、串联相位超前校正
利用相角超前特性来增大系统 的相角裕度，设计时应使最大的超 前相位角尽可能出现在校正后系统 的剪切频率处。
串联校正设计
自动控制理论
第六章 线性系统的校正
设计串联相位超前校正装置的步骤：
1、根据稳态性能指标确定系统的开环增益K
L(ω)
-20dB /dec
(2,x)
(ω2，20lg(1/α))
0
-10lg(1/α)
1
(ω1，0)
ωc
2
ω1ωc0
ωm
ω2
ω
100
-40dB/dec
串联校正设计
自动控制理论
第六章 线性系统的校正
解：（1）根据误差等稳态指标的要求，确定系 统的开环增益K
K vls i0sm o G (s)ls i0s m s (s 4 K 2)2K20 K＝10
相角裕度增大
γ γ0
串联校正设计
自动控制理论
第六章 线性系统的校正
未校正系统和校正系统的闭环频率特性比较
-3dB
带宽增加
ωb0 ωb
串联校正设计
自动控制理论
第六章 线性系统的校正
未校正系统和校正系统的单位阶跃响应比较
超调量减少
调节时间缩短
串联校正设计
自动控制理论
串联超前校正适应的系统 1.系统稳定 2.稳态误差满意 3.瞬态响应不满意
Go(s)s(s40 2)＝ s(0.2 5s0 1)
（2）画出伯德图，计算未校正系统
Go（j )的相角裕量
c 0 6 .3 s 1 2 0 1 8 (c 0 0 ) 1 .5 7 6
串联校正设计
自动控制理论
第六章 线性系统的校正
（3）由要求的相角裕度γ，计算所需的超前 相角
第六章 线性系统的校正
串联超前校正不适应的系统
1.要求提供的相角裕度太大 2.未校正系统相角在所需剪切频率 处急剧减小
串联校正设计
自动控制理论
第六章 线性系统的校正
校正装置设计问题
设一具有单位反馈系统的开环传递函数为：
Go(s)s(s1)K (0.5s1)
要求设计校正装置，使系统满足下列性能指 标：
串联校正设计
自动控制理论
第六章 线性系统的校正
（6）确定超前网络的交接频率1、2
2 1 m 4 .3 s 1 , 1 1 m 1.9 9 s 1 6
（7）画出校正后的伯德图，验算相角稳定 裕度
为补偿超前网络衰减的开环增益，放大倍 数需再提高1/α倍。
G (s)G o(s)G c(s)s(0.2 5s 01)((s1 s4..9 3 6 1)1)
0 0 5 1 0 .5 7 7 6 .5 6 4 0
（4）计算校正网络系数
1 1 ssii n nm m＝ 1 1 ssii4 4 n n0 00.2 1 7
（5）确定校正后系统的剪切频率
1l0 g 1 1l0 g 1 0 .21 6 7 .6d 3B 5
c 9 .3 s 1 m c 9 .3 s 1
自动控制理论
L(ω)
第六章 线性系统的校正
50dB
40dB
30dB
20dB 20lg5 10dB
0 ω1=0.00.0091 -10dB
-20dB -20lgβ -30dB
-20dB /dec
20lgβ
-20dB /dec
未校正系统伯德
图曲线上增益为
10lgα对应的频 率为ωc。
则有ωm＝ ωc
串联校正设计
自动控制理论
6、确定校正装置的交接频率
第六章 线性系统的校正
11m 2 1 m
7、画出校正后的伯德图，验算相角稳定裕 度是否达到要求，不满足则增大ε从第3步 重新计算
8、验算其它性能指标，不满足要求重新 设计
串联校正设计
串联校正设计
自动控制理论
第六章 线性系统的校正
未校正系统和校正系统的闭环频率特性比较
带宽增加 响应速度提高 但有时会造成抗噪能力下降
-3dB
ωb0
ωb
串联校正设计
自动控制理论
第六章 线性系统的校正
单位阶跃响应比较
未校正系统
串联相角超前校正系统
串联校正设计
虽然稳定 但动态性能差
自动控制理论
二、串联相位滞后校正
-60dB /dec
-40dB
-50dB
-60dB
串联校正设计
自动控制理论
第六章 线性系统的校正
未校正系统、校正系统和校正装置的bode图
1.要求提供的相 角裕度太大
ωc0=1.8
ωc=3.5
2.未校正系统相 角在所需剪切频 率处急剧减小
不适合采用串联
相位超前校正
γ0＝-13°
φ=69.7°
γபைடு நூலகம்25.5°