温度控制系统的滞后校正(完整版)
系统滞后校正实验报告
系统滞后校正实验报告1. 引言偏心旋转检测是一种常用的实验方法，用于检测物理实验中旋转系统的质量分布是否均匀。
它在机械工程、物理学和工业制造等领域中有着广泛的应用。
本实验旨在通过测量旋转系统在不同偏心位置下的振动特性，来判断旋转系统是否存在偏心现象。
本报告将介绍实验的目的、实验装置与测量方法、实验结果分析以及结论和改进建议等内容。
2. 实验目的本实验的主要目的有以下几点：- 了解偏心旋转检测的基本原理和方法；- 掌握旋转系统的振动测量方法；- 验证旋转系统在不同偏心位置下的振动特性。
3. 实验装置与测量方法3.1 实验装置本实验使用的实验装置主要包括旋转系统、支架、偏心轴、振动传感器和数据采集仪等组成。
3.2 测量方法在实验中，首先需要将旋转系统安装在支架上，并调整至水平位置。
然后在旋转系统上安装偏心轴，并在不同位置添加偏心块，使旋转系统产生偏心现象。
接下来，通过振动传感器测量旋转系统在不同偏心位置下的振动幅值。
最后，利用数据采集仪将振动信号转化为电信号，并通过计算机进行数据处理和分析。
4. 实验结果分析在实验中，我们选择了不同重量的偏心块，分别在旋转系统上不同位置进行测量。
实验数据经过处理后，将振动幅值与偏心位置进行对比，得到以下图表：偏心位置（mm）振动幅值（m/s^2）0 0.15 0.1510 0.215 0.2520 0.325 0.35通过观察上表可以得出如下结论：- 随着偏心位置的增加，旋转系统的振动幅值也在增加；- 偏心位置与振动幅值之间存在线性关系。
5. 结论和改进建议根据实验结果，在旋转系统中添加偏心块会导致系统的振动幅值增加，且偏心位置与振动幅值之间存在线性关系。
因此，可以通过测量旋转系统的振动来判断是否存在偏心现象。
然而，本实验中的测量结果可能受到实验装置的精度和环境因素的影响，因此在实际应用中需要更加严谨的设计和测量方法。
改进建议：- 使用更加精确的测量设备和方法，以提高测量结果的准确性；- 进一步研究旋转系统的振动特性，以确定偏心位置和振动幅值之间的关系；- 探索其他方法来检测旋转系统的偏心现象，以提高检测的准确性和效率。
控制系统的滞后校正设计(1)
牡丹江师范学院本科学生课程设计指导书题目控制系统的滞后校正设计班级 11级工业电气学号姓名指导教师王淑玉牡丹江师范学院2013 年11 月 15 日自控原理课程设计指导书课程名称：自动控制原理学时数：2周学分数：开课院、系（部）、教研室：物理与电子工程学院电子信息教研室执笔人：王淑玉编写时间：2013.11.10设计目的学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握自控原理设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。
二、设计任务（1）画出系统在校正前后的奈奎斯特曲线和波特图；（2）用Matlab画出上述每种情况的阶跃响应曲线，并根据曲线分析系统的动态性能指标；三、设计内容与要求根据设计要求和已知条件，确定主要参数，计算并选取外电路的元件参数。
四、设计资料及有关规定字体符合要求，正确使用编程五、设计成果要求设计论文六、物资准备1.到图书馆、物理系资料室查阅相关资料2.到实验室准备器件作好实验准备七、主要图式、表式电路图、表要规范，符合设计要求八、时间安排2013.11.1 设计动员，发放设计任务书2013.11.2-2013.11.3查阅资料、拟定设计程序和进度计划2013.11.4-2013.11.10 确定设计方案、实验、画图、编写设计说明书2013.11.11完成设计，交指导教师审阅2013.11.14 成绩评定九、考核内容与方式考核的内容包括：学习态度；技术水平与实际能力；论文(计算书、图纸)撰写质量；创新性；采取审定与答辩相结合的方式，成绩评定按百分制记分。
十、参考书目1.田思庆，梁春英自动控制理论中国水利水电出版社 20132.魏克新，王云亮编著. MATLAB语言与自动控制系统设计.机械工业出版社,2000.3.王正林，王胜开编著. MATLAB/Simulink与控制系统仿真.电子工业出版社.4.（美）安德鲁，（美）威廉斯编著. 实用自动控制设计指南.化学工业出版社.5.黄忠霖编著. 自动控制原理的MATLAB实现.国防工业出版社,2007.6.彭雪峰，刘建斌编著. 自动控制原理实践教程.中国水利水电出版社,2006.牡丹江师范学院本科学生课程设计任务书目录1.设计要求...................................................... - 1 -2.设计原理...................................................... - 1 -3.设计分析与计算................................................ - 2 -3.1校正参数B的计算......................................... - 2 -3.2校正参数a、T的计算...................................... - 3 -3.3校正后系统的检验......................................... - 3 -4.仿真程序、结果及结果分析...................................... - 3 -4.1校正前系统的奈奎斯特曲线与伯德图......................... - 4 -4.2校正后系统的奈奎斯特曲线与伯德图......................... - 5 -4.3校正前后系统动态性能的比较............................... - 7 -5.参考文献...................................................... - 9 -6.心得体会..................................................... - 10 -滞后校正控制系统设计1.设计要求已知一单位负反馈系统的开环传递函数为 20210)(G 2+++=s s s s要求控制系统的性能指标为调节时间<5s,单位阶跃输入的稳态误差<0.1,相角裕度大于45度。
温度控制系统滞后校正
题 目: 温度控制系统的滞后校正初始条件：某温箱的开环传递函数为3()(41)sp e G s s s -=+要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、 试用Matlab 绘制其波特图和奈奎斯特图，计算相角裕度和幅值裕度；2、 试设计滞后校正装置，使系统的相角裕度增加15度。
3、 用Matlab 对校正后的系统进行仿真，画出阶跃相应曲线时间安排：指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日温度控制系统的滞后校正1 系统传递函数分析该传递函数由比例环节，延迟环节，积分环节，惯性环节组成。
1.1比例环节比例环节的传递函数和频率特性:1)(=s G 1)(=ωj G幅值特性和相频特性:。
)()(1|)G(j |)A (=∠===ωωϕωωj G对数幅频特性和对数相频特性:。
)(020lg1)20lgA()(L ====ωϕωω所以对数幅频特性L (ω)是ω轴线。
1.2延迟环节延迟环节的传递函数和频率特性:s e s G 3)(-= ωωj e j G 3)(-=幅频特性和相频特性:1|e *1||)G (j |)A(-3j ===ωωωϕωωωωω33.57)(3)()(3*-=-=∠=∠=-rad e j G j对数幅频特性和对数相频特性:ωωϕωω3*-57.3)(020lg1)20lgA()L(====由以上可知延迟环节不影响系统的幅频特性，只影响系统的相频特性。
1.3积分环节积分环节的传递函数和频率特性:ss G 1)(=ωωω901)(j e j j G -== 幅频特性和相频特性:ωωω11)(==j A 。
901)(-=∠=ωωϕj 积分环节的对数幅频特性和对数相频特性:。
-90)(-20lg )20lg(1/)20lgA()L(====ωϕωωωω由于Bode 图的横坐标按lg ω 刻度，故上式可视为自变量为lg ω ，因变量为L (ω)的关系式，因此该式在Bode 图上是一个直线方程式。
自动控制原理--滞后超前校正与PID校正
G s 1 T1s 1 aT2s
1 T1s 1 T2s
°
其中：
E1
1,a 1且.a 1 °
C1
R1
°
R2
E2
C2
°
Phase (deg); Magnitude (dB)
To: Y(1)
Bode Diagrams
From: U(1) 0
-5
-10
-15
-20 50
0
-50
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
10-4
10-3
10-2
应 50o 处的g 0.082 rad s，相应幅频特性为Lg 45.5db
据此，由20log KP Lg 45db 求得：KP 0.0053 。
为减少对相角裕量校正效果影响，PI控制器转折 频率 1 KI KP 选择远离g 处，取1 g 10 0.0082 rad s 求得：KI 0.000044 。于是，PI控制器传递函数
• PID调节器是一种有源校正网络，它获得了 广泛的应用，其整定方法要有所了解。
系统校正的设计方法
分析法
综合法
分析法：
选择一种校正装置
设计装置的参数
校验
综合法： 设计希望特性曲线 校验
确定校正装置的参数
期望特性综合设计方法：
1、先满足精度要求，并画出原系统Bode图； 2、根据Bode定理，系统有较大的相位裕量，幅频特性在剪切频
G( j)
1
j2T( jT 1)
63.5
0.707
二阶最佳指标:
L() -20dB/dB
1/2T
()
p % 4.3%
180°
ts (6 ~ 8)T
1/T
温度控制系统滞后校正环节设计
温度控制系统滞后校正环节设计一、引言在工业生产过程中，温度控制是一个非常重要的环节。
为了保持生产过程的稳定性和质量，需要对温度进行精确的控制。
然而，由于温度传感器存在滞后问题，控制系统输出的温度信号将滞后于实际测量值。
为了解决这个问题，需要设计一个滞后校正环节，用于补偿温度的滞后。
二、滞后校正原理温度传感器的滞后现象主要是由于传感器自身的响应速度和传输延迟引起的。
传感器的响应速度是指传感器从接收输入信号到产生输出信号的过程中所需要的时间。
传输延迟是指信号从传感器到控制系统的传输时间。
滞后校正的原理是在温度控制系统的反馈回路中增加一个补偿环节，通过对输出信号进行滞后处理，实现对温度的滞后校正。
具体的滞后校正算法可以根据传感器的响应速度和传输延迟来确定。
1.滞后校正器的位置：滞后校正器应该放置在温度控制系统的反馈回路中，通常放在控制器的输出端。
2.滞后校正算法：滞后校正算法的设计需要考虑传感器的响应速度和传输延迟。
一种常用的滞后校正算法是通过对输出信号进行延迟处理，使得输出信号与实际温度值保持一致。
具体的算法可以根据实际需求来确定。
3.滞后校正器的参数调试：一旦滞后校正器的算法确定，就需要通过实验来调试滞后校正器的参数。
参数调试包括滞后时间和补偿幅度的确定。
滞后时间是指滞后校正器对输出信号的延迟时间，补偿幅度是指滞后校正器对输出信号的增益。
通过不断调试参数，使得滞后校正器对温度的滞后校正达到最佳效果。
4.稳定性分析：在设计滞后校正环节时，还需要进行稳定性分析。
稳定性分析是指分析滞后校正环节对温度控制系统稳定性的影响。
通过稳定性分析，可以确定滞后校正环节的参数范围，以保证温度控制系统的稳定性。
四、实验验证设计完成滞后校正环节后，还需要进行实验验证。
实验验证可以通过对比滞后校正前后的温度数据来评估滞后校正环节的性能。
实验结果应该接近滞后校正前的实际温度值，以验证滞后校正环节的效果。
五、总结滞后校正环节的设计是温度控制系统中非常重要的一个环节。
温度传感器时间常数和滞后改善措施
温度传感器时间常数和滞后改善措施温度传感器时间常数和滞后与温度传感器的热容量和热阻有关，除选用时间常数、滞后小的温度传感器外，还应保证合理插入深度和正确安装方法，才能保证温度测量准确性、温度控制系统的稳定性和控制质量。
温度传感器时间常数和滞后实践证明热电偶、热电阻、双金属温度计当被测温度突然发生变化时，其输出会延迟一段时间，这段延迟时间△τ一般叫做纯滞后或纯时延。
在延迟△τ后，会以近似于指数曲线的规律变化（如下列图所示），如忽略△τ，并以介质温度变化做计时起点，则上述曲线符合T=△T（1-e-t/τ），此式中T 为温度；△T为温度变化；t为时间；τ为时间常数。
时间常数及时反应曲线起点的切线与平衡温度交点A所对应的时间，也就是输出变化63.2%△T所需要的时间。
正确认识和对待温度传感器的时间常数和滞后，是一个很重要的问题。
其关系到能否正确测量温度，及时反映被测量温度的变化。
其对温度控制系统的稳定性及控制质量好坏，具有举足轻重的作用，所以是一个不容忽略的问题。
如何改善温度传感器的时间常数和滞后温度传感器时间常数和滞后的大小，取决于元件的热容量和热阻。
因为温度传感器升温需要吸收一定的热量，其变化1℃所需要的热量就是温度传感器的热容量，热容量越小越好。
温度传感器传热又需要克服热阻，这和元件的构造、大小都有直接的关系。
金属是热的良导体，热阻的大小常受温度传感器的气隙、绝缘物、保护套管的影响。
温度传感器的时间常数和滞后较大，通常可到几十秒到几分钟，因此对测量和控制温度的影响是很大的，尤其是对温度控制系统的稳定性有很大的影响。
所以在现场应用中，除应该选择时间常数和滞后较小的温度传感器外，还应该注意温度传感器的安装方式。
即安装时要有一定的插入深度，尤其是热电阻，插入深度不够往往会造成较大的误差；再就是工艺管道较细时，一定要局部加粗管道，或者尽量吧温度传感器安装管道的弯头上，要使温度传感器对着流体的流动方向；测量气液相介质的温度时，最好测量液相温度，因为液相温度的动态特性及稳定性优于气相温度；必要时还可以采取在保护管与热元件间填充金属屑或其它导热材料（铠装热电偶或铠装铂电阻就是在保护管和元件之间填充高纯度氧化铝粉），对于热电偶还可以采用露端式或接壳式热电偶。
滞后校正滞后超前校正ppt课件
1) R1C2 s
令：R1C1 1，R2C2 2
26
且设分母多项式分解为两个一次式，时间常数取为T1 、
T2 ，则上式可写成：
Gc
(s)
( 1 s
(T1s
1)( 2s
1)(T2 s
1) 1)
2、滞后-超前校正装置的零、极点分布
T1
式中， 1 2
1 2 T2
谐振频率ωr ； 谐振峰值 Mr ; 带宽频率ωb与闭环带宽0~ωb :
一 般 规 定 L(ω) 由 20lgA(0) 下 降 到 － 3dB 时 的 频
率，亦即A(ω)由A(0)下降到0.707A(0)时的频率叫作系
统的带宽频率。频率由0~ωb的范围称为系统的闭环带宽
。
5
二、频率法校正
6
低频段
R2Cs
1
＝1＋bTs
1 Ts
其中：b
R2 R1 R2
(b
1),T
( R1
R2 )C
21
2、滞后校正的零、极点分布
zc
1 bT
1 pc T
3、滞后校正装置的频率特性
Gc ( j )
jbT 1 jT 1
1 (b
2
T ) e j(arc tanbT arctanT )
L(ω)在开环截止频率ωc（0分贝附近）的区段。
频率特性反映闭环系统动态响应的平稳性和快速性。
时域响应的动态特性主要取决于中频段的形状。
反映中频段形状的三个参数为：开环截止频率ωc、中 频段的斜率、中频段的宽度。
为了使系统稳定，且有足够的稳定裕度，一般希望： 中频段开环对数幅频特性斜率为-20dB/dec的线段， ωc 较大，且有足够的宽度；
温度控制系统滞后校正环节设计
课程设计任务书学生姓名： 专业班级：指导教师： 谭思云 工作单位： 自动化学院题 目: 温度控制系统滞后校正环节设计 初始条件：传递函数为))(s/)(s .(s/KG(s)151150+++=的三阶系统描述了一个典型的温度控制系统。
用滞后补偿设计满足给定性能指标的补偿环节。
要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）（1） 设计滞后补偿环节，使系统满足9=P K 和相角裕度 50≥PM 的性能指标； （2） 画出系统在（1）校正前后的奈奎斯特曲线和波特图；（3） 用Matlab 画出上述每种情况的阶跃响应曲线，并根据曲线分析系统的动态性能指标；（4） 用Matlab 画出校正前后系统的根轨迹（5） 对上述任务写出完整的课程设计说明书，说明书中必须写清楚分析计算的过程，给出响应曲线，并包含Matlab 源程序或Simulink 仿真模型，说明书的格式按照教务处标准书写。
时间安排：（1） 课程设计任务书的布置，讲解 （半天） （2） 根据任务书的要求进行设计构思。
（半天） （3） 熟悉MATLAB 中的相关工具（一天） （4） 系统设计与仿真分析。
（三天） （5） 撰写说明书。
（二天） （6） 课程设计答辩（半天）指导教师签名： 年 月 日 系主任（或责任教师）签名： 年 月 日摘要 (3)1 滞后校正原理及其装置 (4)1.1 滞后校正原理及特性 (4)1.2 滞后校正装置 (5)1.3 滞后校正参数设定步骤 (6)2 滞后校正环节的参数设计 (6)2.1 用频域法确定滞后校正参数 (6)2.2 校验滞后校正参数 (7)2.3 绘制校正前后奈氏曲线及波特图 (8)2.4 奈奎斯特稳定判据 (10)3 校正前后系统的动态性能分析 (10)3.1 系统的阶跃响应曲线 (10)3.2 系统的根轨迹 (11)3.3 系统的动态性能分析 (12)4 Simulink仿真 (13)4.1 校正前系统仿真 (13)4.2 校正后系统仿真 (15)5 心得体会 (18)参考文献 (19)附录 (20)附录一 (20)附录二 (20)本次课程设计的目的是完成对所给的温度控制系统进行滞后校正，使其校正后的系统满足要求的相位裕度并进行仿真。
温度滞后补偿-概述说明以及解释
温度滞后补偿-概述说明以及解释1.引言1.1 概述温度滞后补偿是一种用于调节和控制系统温度变化的技术。
当系统的温度发生变化时，常常会出现温度滞后现象，即系统的温度变化速度与外部温度变化速度不一致。
这种滞后现象会对系统的性能和稳定性产生负面影响。
为了解决这个问题，温度滞后补偿技术应运而生。
温度滞后补偿的原理是通过传感器实时监测系统温度的变化，并将这些信号传递给控制器。
控制器根据接收到的温度信号，计算出系统应该采取的补偿措施。
这些措施可以包括改变系统的工作状态、调整系统的参数等。
通过及时、准确地对温度变化进行补偿，温度滞后补偿技术能够使系统更加稳定，提高其性能和可靠性。
温度滞后补偿技术在许多领域中都有广泛的应用。
例如，在工业生产中，温度滞后补偿可以用于控制和监测各种设备的温度，确保其在所需范围内稳定运行。
在电子设备中，温度滞后补偿可以提供更好的散热效果，避免设备过热而导致故障。
此外，温度滞后补偿还可以应用于环境监测、气象预测、农业等领域，为各种场景提供准确的温度控制和调节。
总之，温度滞后补偿技术是一种重要的技术手段，可以有效解决系统温度滞后问题。
通过对温度变化进行实时监测和补偿，可以提高系统的性能和可靠性，确保系统在各种温度条件下正常运行。
然而，温度滞后补偿技术也存在一定的局限性，例如对于快速变化的温度，补偿效果可能不理想。
因此，未来的发展方向需要进一步研究和改进，以提高温度滞后补偿技术的精确度和适用范围。
文章结构部分的内容如下：1.2 文章结构本文将围绕温度滞后补偿的概念、原理和应用展开讨论，并在结尾进行总结和展望。
具体来说，本文的结构将分为以下几个部分：引言部分将介绍本文的背景和目的。
首先，会对温度滞后补偿进行概述，简要介绍其基本概念和相关研究领域的背景。
接着，会明确本文的结构和内容安排，以及阐明研究的目的和意义。
正文部分将深入探讨温度滞后补偿的概念、原理和应用。
首先，会详细介绍温度滞后补偿的概念，解释其在实际中的意义和作用机理。
滞后校正、滞后超前校正以及PID简介
• 适当调整增益系统，可以提高系统 的快速性， 同时还可降低稳态误差。
• 适当调整微分以及积分常数可以提高系统的平稳 性，以及稳态精度。
c (c ) arctg[0.1(b 1)]，约5~12
例:设控制系统如图所示。若要求校正后系统的静态速度 误差系数等于30s1，相角裕度不低于40。，幅值裕度不小 于10dB，幅穿频率不小于2.3rad/ s，试设计串联校正装置。
R(s) -
Gc (s)
K s(0.1s 1)(0.2s 1)
0.024
0.27
2.7 5
12
负面影响：
由于ωc的下降使得系统快速性受到一定的限制。
滞后校正装置的滞后相角特性对系统不利。 一般地：
为了减小校正装置的滞后相角对 ωc附近开环相频特性 的影响，应将校正装置的两个转角频率配置在远离ωc的 低频段。
第三讲
6.3.4串联滞后超前校正的综合
s zi
1 T
传递函数：Gc(s)
1 bTs ,其中，b 1 Ts
R2 R1 R2
1,
T (R1 R2)C，b为表示滞后程度的分度系数。
L()
1
1
T m bT
0
20dB / dec 20lg b 10lg b
()
1
1
0
T m bT
m -90。
•串联校正中，利用滞后校正装置中高频衰减特 性；
(4)确定滞后校正装置参数T
一般滞后校正装置的T与校正后截止频率满足： 1 ωc bT 5 ~ 10
这里取10，可得T 41s。
【2021】实验 温度滞后控制系统设计.完整资料PPT
四、实验步骤
❖ 将阀门F2-1、F2-6、F1-13 全开，将锅炉出水阀门F2-12 关闭。
❖ 打开变频器电源，给锅炉内 胆贮适量水（高于红线位置。
❖ 关闭变频器，关闭阀F2-1、 F2-6、F1-13、F2-9、F2-10， 打开阀F2-2、F2-7、F2-8， 为给盘管供热水作好准备。
常规PID控制，对参数整定提出更高要求。 盘管出水口温度滞后控制系统
自行设计表格记录实验数据。 滞后的原因通常有以下三种： 关闭变频器，关闭阀F2-1、F2-6、F1-13、F2-9、F2-10，打开阀F2-2、F2-7、F2-8，为给盘管供热水作好准备。
三、实验任务
❖ 被控量:盘管出水口水温,TT3检测 ❖ 控制量:三相调压模块,用变频器供水系统以固定的频
❖ 3 仿真模拟相同干扰进行主、副回路是系统输出波 动曲ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ。
阶跃响应曲线：手动控制待盘管出口水温稳定于给定值时，将调节器切换到“自动”状态，待水温平衡后，突增（或突减）仪表设定 值的大小，使其有一个正（或负）阶跃增量的变化（即阶跃干扰，一般为设定值的5％～15%为宜。 关闭变频器，关闭阀F2-1、F2-6、F1-13、F2-9、F2-10，打开阀F2-2、F2-7、F2-8，为给盘管供热水作好准备。
实验八
盘管出水口温度滞后控 制系统
一、实验方法
❖ 1．以盘管输出温度为被控参数，以加热量为控制 参数，接线；
❖ 2．以仿真得到PI参数为预设参数，进行PI参数整定， 直至衰减比大约为4：1；
❖ 3. 记录至少两组PI参数的响应曲线，与不含盘管温 度对象进行比较。
二、实验原理
当输入量改变后，过程的输出量并不立即跟着 响应，而是要经过一段时间后才能作出反映，纯滞 后时间就是指在输入参数变化后，看不到系统对其 响应的这段时间。
控制系统的校正与调节方法
控制系统的校正与调节方法一、引言控制系统的校正与调节方法是现代工程领域中重要的技术问题。
在制造和工业生产过程中，控制系统的准确性和性能稳定性对于提高生产效率和产品质量至关重要。
本文将介绍控制系统的校正与调节方法，以帮助读者更好地理解和应用控制系统技术。
二、控制系统的校正方法1. 传感器校正传感器是控制系统中的关键部件，其准确性和稳定性对整个系统的控制效果有着重要影响。
传感器校正是指通过对传感器进行实验或者理论推导，调整其输出信号以使之达到预期的准确性。
常见的传感器校正方法包括零点校正、放大倍数校正和线性度校正等。
2. 信号处理器的校正信号处理器用于处理从传感器获取的信号，将其转化为系统所需的控制信号。
为确保信号处理器的准确性和可靠性，有必要进行校正。
常见的信号处理器校正方法包括电压校准、频率校准和相位校准等。
三、控制系统的调节方法1. 反馈控制调节反馈控制调节是指根据系统输出信号与期望信号之间的差异，通过控制器对系统进行调节的方法。
该方法在工程领域被广泛应用，可以有效地改善系统的稳定性和动态性能。
常见的反馈控制调节方法包括比例控制、积分控制和微分控制等。
2. 前馈控制调节前馈控制调节是一种预先根据系统模型设计的控制器，通过输入信号的预测值来实现对系统的调节。
与反馈控制调节相比，前馈控制调节更快速、精确，适用于对系统动态特性要求较高的场景。
常见的前馈控制调节方法包括前馈增益调节和前馈补偿调节等。
3. 模糊控制调节模糊控制调节是一种利用模糊逻辑推理来实现对系统的调节的方法。
相较于传统的控制方法，模糊控制调节更适用于复杂、非线性的控制系统，能够提高系统的稳定性和鲁棒性。
常见的模糊控制调节方法包括模糊推理规则的设计和隶属度函数的确定等。
四、结论控制系统的校正与调节方法是实现高效、稳定控制的关键环节。
通过对传感器和信号处理器的校正，可以确保控制系统的准确性和可靠性。
同时，选择合适的调节方法，如反馈控制调节、前馈控制调节和模糊控制调节等，可根据系统需求来提高控制的性能指标。
控制系统的滞后-超前校正设计
课 程 设 计题 目: 控制系统的滞后－超前校正设计 初始条件：已知一单位反馈系统的开环传递函数是)2)(1()(++=s s s Ks G要求系统的静态速度误差系数110v K S -≥，相角裕度 45≥γ。
要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）（1）用MATLAB画出满足初始条件的最小K值的系统伯德图，计算系统的幅值裕度和相角裕度。
（2）前向通路中插入一相位滞后－超前校正，确定校正网络的传递函数。
（3）用MATLAB画出未校正和已校正系统的根轨迹。
（4）用Matlab画出已校正系统的单位阶跃响应曲线、求出超调量、峰值时间、调节时间及稳态误差。
（5）课程设计说明书中要求写清楚计算分析的过程，列出MATLAB程序和MATLAB输出。
说明书的格式按照教务处标准书写。
时间安排：指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录 (I)摘要 (II)1设计题目和设计要求 (1)1.1题目 (1)1.2初始条件 (1)1.3设计要求 (1)1.4主要任务 (1)2设计原理 (2)2.1滞后-超前校正原理 (2)3设计方案 (4)3.1校正前系统分析 (4)3.1.1确定未校正系统的K值 (4)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 (4)3.1.3未校正系统的相角裕度和幅值裕度 (7)3.2方案选择 (7)4设计分析与计算 (8)4.1校正环节参数计算 (8)的确定 (8)4.1.1已校正系统截止频率ωcω的确定 (8)4.1.4校正环节滞后部分交接频率aω的确定 (8)4.1.1校正环节超前部分交接频率b4.2校正环节的传递函数 (8)4.3已校正系统传递函数 (9)5已校正系统的仿真波形及仿真程序 (10)5.1已校正系统的根轨迹 (10)5.2已校正系统的伯德图 (11)5.3已校正系统的单位阶跃响应曲线 (12)6结果分析 (13)7总结与体会 (14)参考文献 (14)本科生课程设计成绩评定表........................................ 错误！未定义书签。
温度控制系统滞后校正环节设计
1 无源滞后校正的原理1.1设计原理所谓校正，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PID 校正、超前校正、滞后校正和滞后-超前校正。
这里我们主要讨论串联校正。
一般来说，串联校正设计比反馈校正设计简单，也比较容易对信号进行各种必要的形式变化。
在直流控制系统中，由于传递直流电压信号，适于采用串联校正;在交流载波控制系统中，如果采用串联校正，一般应接在解调器和滤波器之后，否则由于参数变化和载频漂移，校正装置的工作稳定性很差。
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 无源滞后网络校正的原理无源滞后网路电路图如下。
1R图1-1无源滞后网络电路图如果信号源的内部阻抗为零，负载阻抗为无穷大，则滞后网络的传递函数为T s T s Ts Ts s U s U s G c 1111)()()(12++⋅=++==ααα分度系数时间常数在设计中力求避免最大滞后角发生在已校系统开环截止频率''c ω附近。
如图1-2所示，选择滞后网络参数时，通常使网络的交接频率Tα1远小于''c ω一般取=T α1''c ω/10图1-2校正装置的波德图当它与由于滞后校正网络具有低通滤波器的特性，因而系统的不可变部分串联相连时，会使系统开环频率特性的中频和高频段增益降低和截止频率减小，从而有可能使系统获得足够大的相位裕度，它不影响频率特性的低频段。
由此可见，滞后校正在一定的条件下，也能使系统同时满足动态和静态的要求。
1.3 设计步骤所研究的系统为最小相位单位反馈系统，则采用频域法设计串联无源滞后网络的步骤如下：C R R T R R R )(121212+=<+=α1） 根据稳态误差要求，确定开环增益K 。
滞后校正原理
滞后校正原理
滞后校正原理是一种控制系统的校正方法，主要用于改善系统的稳态性能。
其基本原理是利用滞后网络的高频幅值衰减特性，使系统的截止频率下降，从而使系统获得足够的相位裕度。
具体来说，滞后校正通过降低高频增益，使系统的总增益增大，从而改善了稳态精度（降低了稳态误差）。
同时，系统中包含的高频噪音也可以得到衰减，增强了系统的抗干扰能力。
此外，滞后校正还可以保持暂态性能不变的基础上，提高开环增益。
或者等价地说，滞后校正可以补偿因开环增益提高而发生的暂态性能的变化。
总的来说，滞后校正是一种有效的控制系统校正方法，能够改善系统的稳态性能和抗干扰能力。
温度控制系统的滞后校正(完整版)
目录引言 (1)1 无源滞后校正的原理 (2)2 系统校正前的图像 (4)2.1 系统校正前的波特图 (4)2.2 系统校正前奈氏图的绘制 (5)3 校正环节参数计算 (6)4 系统校正后的图像 (6)4.1 系统校正后的波特图 (6)4.2系统校正后的奈氏图 (7)4.3系统校正前后的波德图对比 (8)5 校正前后系统的阶跃响应曲线 (9)6 心得体会 (12)7 参考文献 (13)课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位：题 目: 温度控制系统的滞后校正初始条件：某温箱的开环传递函数为3()(41)sp e G s s s -=+要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、 试用Matlab 绘制其波特图和奈奎斯特图，计算相角裕度和幅值裕度；2、 试设计滞后校正装置，使系统的相角裕度增加15度。
3、 用Matlab 对校正后的系统进行仿真，画出阶跃相应曲线时间安排：指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日引言在现代的科学技术的众多领域中，自动控制技术起着越来越重要的作用。
自动控制技术是能够在没有人直接参与的情况下，利用附加装置（自动控制装置）使生产过程或生产机械（被控对象）自动地按照某种规律（控制目标）运行，使被控对象的一个或几个物理量（如温度、压力、流量、位移和转速等）或加工工艺按照预定要求变化的技术。
它包含了自动控制系统中所有元器件的构造原理和性能，以及控制对象或被控过程的特性等方面的知识，自动控制系统的分析与综合，控制用计算机（能作数字运算和逻辑运算的控制机）的构造原理和实现方法。
自动控制技术是当代发展迅速，应用广泛，最引人瞩目的高技术之一，是推动新的技术革命和新的产业革命的核心技术，是自动化领域的重要组成部分。
自控控制理论是以传递函数为基础的经典控制理论，它主要研究单输出入—单输出，线性定常系统的分析和设计问题。
滞后校正滞后-超前校正
e j ( arc tan aT arctanT )
( ) 20 lg ( aT )2 1 20 lg (T )2 1 Lc
(a 1)T > 0 c ( ) arctan aT arctan T arctan 1 a(T )2
相频曲线具有正相角，即网络在正弦信号作用 下的稳态输出在相位上超前于输入，故称为超前校 正网络。
20lg a
20lga 10lga
1 Lc (2 ) 20lg Gc ( j ) T
7
中频段
L(ω)在开环截止频率ωc（0分贝附近）的区段。
频率特性反映闭环系统动态响应的平稳性和快速性。
时域响应的动态特性主要取决于中频段的形状。
反映中频段形状的三个参数为：开环截止频率 ωc、中
频段的斜率、中频段的宽度。 为了使系统稳定，且有足够的稳定裕度，一般希望： 中频段开环对数幅频特性斜率为-20dB/dec的线段， ωc 较大，且有足够的宽度；
频率。频率由0~ωb的范围称为系统的闭环带宽。
5
二、频率法校正
6
低频段
L(ω)在第一个转折频率以前的频段。
频率特性完全由积分环节和开环放大倍数决定。
低频段对数幅频特性: Ld ( ) 20lg K 20 lg 低频段的斜率愈小，位置愈高，对应系统积分环节的 数目ν愈多、开环放大倍数K愈大。则在闭环系统稳定的条 件下，其稳态误差愈小，动态响应的跟踪精度愈高。
s 1 aT 1 aTs a , (a 1) Gc ( s ) aGc ( s ) s1 T 1 Ts
'
2、超前校正的零、极点分布
zc
1 aT
1 pc = T
滞 后 校 正
RC网络如下图所示，其传递函数为
令
Gc (s)
M (s) E(s)
R2
1 Cs
R1
R2
1 Cs
1 R2Cs 1 (R1 R2 )Cs
a
R2 R1 R2
1
，
T (R1 R2 )C
1 倍。 a
放大1/a倍的滞后校正伯德图
2．用频域校正法确定滞后校正参数
绘制伯德图的先决条件是已知系统的开环放大系数。因此，频域校正法是先 使系统满足稳态要求，然后再用滞后校正使系统满足所要求的动态性能。可以说， 滞后校正在保持动态特性不变的基础上，提高了开环增益；或者说是滞后校正可 补偿系统因开环增益提高而发生的动态性能变化。用频域校正法进行滞后校正的 一般步骤如下。
从滞后校正环节的伯德图可以看出，滞后校正环节的高频段是负增益，因此， 滞后校正对系统中高频噪声有削弱作用，可增强系统的抗扰动能力。利用滞后校 正的这一低通滤波所造成的高频衰减特性，可降低系统的截止频率，提高系统的 相位裕度，以改善系统的动态性能。
如果在滞后校正环节后串联一个放大倍数
为 1 的放大器，则其对数幅频特性曲线变为 a
【解】 若要满足稳态性能要求 Kv 30，则校正后系统的开环传递函数为
30 G0 (s) s(0.1s 1)(0.2s 1)
作频率特性曲线如下图所示，在图中作 (180 )线，校正后系统的截止
频率较小，因此 取 10。
180 180 40 10 130
德图
由滞后校正环节的零、极点分布图可知，零点总是位于极点的左侧（ a 1 ）。
从伯德图可以看出，在 1 ～ 1 频段，滞后校正环节具有滞后相位，滞
T aT
后相位会给系统特性带来不良影响。为解决这一问题，可使滞后校正环节的零、 极点靠得很近，从而使其产生的滞后相角很小；同时也可使滞后校正的零、极点 靠近原点，尽量不影响系统的中频段特性。
2第二节滞后校正now-23页文档资料
无源滞后校正装置：
R1
Gc(s)
uo ui
R2
1 Cs
R1
R2
1 Cs
ui
1R2Cs
1
R2 R1 R2
(R1
R2)Cs
1(R1 R2)Cs
1(R1 R2)Cs
R2
uo
C1
1 Ts
1 Ts
s 1
T
s 1
T
其T 中 (R 1 ： R 2)C ， R 1R 2 R 2 1
1
wc1＝47
g1=28°
10
100
1000
11
② 画出Kg=1时未校正系统Bode图，确定此时的wc1和g。
w w w L () 2l1 0 g 0 2l0 0 g 2l0 g 1 (0 .0) 4 2
令L(w0
L(w)20 lg 100 0 w1(0.0w 4)2
w2[1(0.04w)2]10000
后校正网络起作用后应使得
2l0gL(wc2)0 2l0gL(wc2)
L(wc2)
10 20
4/12/2020
7
⑤ 选择校正网络零点
1
T
(1 2
~110)wc2
理论上讲， 1
T
离开wc2越远，相位滞后网络的相位滞后特性
对系统的影响越小，所以 1 选得越小越好。
T
后量影但响因很为小当， 1T又离因开为wc12一小定，距则离要后求，T大1T ，减给小物对理wc实2点现的带相来位具滞
w462w52 6250000
w262562 2 5625 040 2 02 0.9 05 65546
2
wc1 47
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目录引言 (1)1 无源滞后校正的原理 (2)2 系统校正前的图像 (4)2.1 系统校正前的波特图 (4)2.2 系统校正前奈氏图的绘制 (5)3 校正环节参数计算 (6)4 系统校正后的图像 (6)4.1 系统校正后的波特图 (6)4.2系统校正后的奈氏图 (7)4.3系统校正前后的波德图对比 (8)5 校正前后系统的阶跃响应曲线 (9)6 心得体会 (12)7 参考文献 (13)课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位：题 目: 温度控制系统的滞后校正初始条件：某温箱的开环传递函数为3()(41)sp e G s s s -=+要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、 试用Matlab 绘制其波特图和奈奎斯特图，计算相角裕度和幅值裕度；2、 试设计滞后校正装置，使系统的相角裕度增加15度。
3、 用Matlab 对校正后的系统进行仿真，画出阶跃相应曲线时间安排：指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日引言在现代的科学技术的众多领域中，自动控制技术起着越来越重要的作用。
自动控制技术是能够在没有人直接参与的情况下，利用附加装置（自动控制装置）使生产过程或生产机械（被控对象）自动地按照某种规律（控制目标）运行，使被控对象的一个或几个物理量（如温度、压力、流量、位移和转速等）或加工工艺按照预定要求变化的技术。
它包含了自动控制系统中所有元器件的构造原理和性能，以及控制对象或被控过程的特性等方面的知识，自动控制系统的分析与综合，控制用计算机（能作数字运算和逻辑运算的控制机）的构造原理和实现方法。
自动控制技术是当代发展迅速，应用广泛，最引人瞩目的高技术之一，是推动新的技术革命和新的产业革命的核心技术，是自动化领域的重要组成部分。
自控控制理论是以传递函数为基础的经典控制理论，它主要研究单输出入—单输出，线性定常系统的分析和设计问题。
在线性控制系统中，常用的无源校正装置有无源超前网络和无源滞后网络，通过校正来改善系统的动态性能指标。
系统的动态性能的改变可以由校正前后的奈奎斯特曲线和波特图看出。
1 无源滞后校正的原理无源滞后网路电路图如下：1R C图1-1无源滞后网络电路图如果信号源的内部阻抗为零，负载阻抗为无穷大，则滞后网络的传递函数为分度系数时间常数在设计中力求避免最大滞后角发生在已校系统开环截止频率''c ω附近。
如图1-2所示，选择滞后网络参数时，通常使网络的交接频率Tα1远小于''c ω一般取=T α1''c ω/10Ts T s Ts Ts s U s U s G c 1111)()()(12++⋅=++==αααC R R T R R R )(121212+=<+=α图1-2校正装置的波特图由于滞后校正网络具有低通滤波器的特性，因而当它与系统的不可变部分串联相连时，会使系统开环频率特性的中频和高频段增益降低和截止频率减小，从而有可能使系统获得足够大的相位裕度，它不影响频率特性的低频段。
由此可见，滞后校正在一定的条件下，也能使系统同时满足动态和静态的要求。
2 系统校正前的图像2.1 系统校正前的波特图运用MATLAB绘制校正前系统的波特图，并得到相角裕度和幅值裕度，程序如下Num=1;Den=[4 1 0];G=tf(num,den)；G．iodelay=3;Margin(G);得到波特图如下：图2-1 未校正前系统波特图由图2-1可得，未校正前系统的幅值裕度为=-8.66dB,相角裕度为-52.7deg.手工绘制波特图步骤如下：1 确定交接频率ω=0.25，斜率减小20dB/dec;2 绘制低频段渐近特性曲线，因为v=1，则低频渐近斜率k=-20dB/dec.取ω=0.01，由L（0.01）=20lgK,得直线上一点(0.01,40).3绘制频段ω>0.25渐近线，k=-40db/dec.2.2 系统校正前奈氏图的绘制运用MATLAB绘制奈氏图，程序如下：Num=1;Den=[4 1 0];G=tf(num,den);G.iodelay=3;Nyguist(G);得到的奈氏图如下：图2-2 未校正前系统的奈氏图3 校正环节参数计算1 由题目要求与公式γ2（ω2）=γ1(ω2)+ψ(ω2)得，γ1(ω2)=-36rad/dec.（其中，γ2（ω2）为题目要求值，ψ(ω2)取-10rad/dec，γ1(ω2)为校正前系统在ω2下的相角裕度值）。
2 由相角裕度计算值得，在截止频率为ω2时，系统的相角为-216rad/dec，查图2-1得，ω2=0.396rad, L(ω2)=2.57dB。
3 由20㏒b+L(ω2)=0求出b=0.744;由1/bT=0.1ω2,得T=33.94s.由此得出滞后校正环节的传递函数Gc=(1+25.25s)/(1+33.94s).4 系统校正后的图像校正后的传递函数为G=exp(-3s)*(1+25.25s)/(135.76s3+37.94s2+s)。
4.1 系统校正后的波特图运用MATLAB绘制校正后系统的波特图，程序如下：Num=[25.25 1]；Den=[135.76 37.94 1 0];G1=tf(num,den);Tau=3;[np,dp]=pade(tau,4);G2=tf(np,dp);G=G1*G2;bode(G);图4-1 校正后系统的波特图由图可知，校正后相角裕度为-37.5rad/dec，校正前系统相角裕度为-52.7rad/dec,题目要求校正后系统相角裕度增加15rad/dec，故校正结果符合要求。
4.2系统校正后的奈氏图运用MATLAB绘制校正后系统的奈氏图，程序如下：Num=1;den=[4 1 0]; G=tf(num,den); G.iodelay=3; nyquist(G);hold on;Num=[25.25 1]；Den=[135.76 37.94 1 0]; G1=tf(num,den);Tau=3; [np,dp]=pade(tau,4); G2=tf(np,dp);G=G1*G2;nyquist(G);Hold on;gtext('滞后校正前的奈氏曲线');gtext('滞后校正后的奈氏曲线');图4-2 校正前后奈氏图的对比4.3系统校正前后的波德图对比用MATLAB编程，程序如下：Num=1;den=[4 1 0]; G=tf(num,den); G.iodelay=3; bode(G); hold on;Num=[25.25 1]；Den=[135.76 37.94 1 0]; G1=tf(num,den);Tau=3; [np,dp]=pade(tau,4); G2=tf(np,dp);G=G1*G2;bode(G); Hold on;gtext('滞后校正前的波特图');gtext('滞后校正后的波特图');图4-3 校正前后波德图5 校正前后系统的阶跃响应曲线用MATLAB绘制校正前响应曲线，程序如下；Num=1;den=[4 1 0];G1=tf(num,den);Tau=3;[np,dp]=pade(tau,4);G2=tf(np,dp);G=G1*G2;F=feedback（G，1）；step（F）；图5-1 系统校正前的阶跃响应曲线用MATLAB绘制系统校正后的阶跃曲线，程序如下；Num=[25.25 1]；Den=[135.76 37.94 1 0];G1=tf(num,den);Tau=3;[np,dp]=pade(tau,4);G2=tf(np,dp);G=G1*G2;F=feedback（G，1）；step（F）；由图可知，该系统校正后结果仍然不稳定，在实际应用中，该校正无效。
实际应用中一般要求相角裕度在40度以上，考虑到此系统未校正前相角裕度与理想相角裕度差值较大，单一的用超前或滞后校正会使截止频率变化太大，故在实际应用中，选择滞后-超前校正装置更为理想。
6 心得体会在现代科学技术的众多领域中，自动控制技术起着越来越重要的作用，因此做好《自动控制原理》这门课程的课程设计是非常有必要的，从中可以讲课本中知识运用到实际运用中，也让我深刻的体会到了实践的艰巨性和挑战性，在两周的课程设计中，我不断的改进自己的方法，通过查阅参书和网上的资料，对于自己在知识上的不足进行了非常好的补充和完善，使得我在短短两个星期对于这门业课有了有了更切实的理解，更深的掌握，也学会了通过自己的努力挑战未知的领域！回顾起此次自动控制课程设计，至今我仍感慨颇多，从审题到完成，从理论到实践，在一个多星期的日子里，熬了好多夜，经历了烦躁到平静，但是学到很多很多的的东西，不仅巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识，不仅是专业知识，更学会熟练的使用MATLAB这个非常实用的数学软件，它帮我解决了许多问题，但是它的编程也是一个让人头疼的问题，最终我还是攻克了这个难关。
对于自动控制这门专业性非常强的课程，更需要我们打好扎实的基本功。
在设计的过程中难免会遇到过各种各样的问题，比如有时候被一些细小的问题挡住了前进的步伐，有时一开始的计算错误会导致后面的无法进行，花费了大量时间这上面，还有的问题最后还要查阅其他的书籍才能找出解决的办法。
7 参考文献[1]胡寿松. 自动控制原理（第五版），科学出版社，2007.6[2]张莲，胡晓倩，余成波. 自动控制原理，中国铁道出版社，2008.6[3]薛定宇.反馈控制系统设计与分析——MATLAB语言应用，清华大学出版社。