控制系统的校正方法
自动控制系统校正方法介绍
自动控制系统校正方法介绍自动控制系统是指能够根据一定的规律或目标来自动调节和控制系统参数的一种系统。
在实际的应用中，自动控制系统往往会存在一定的误差或不稳定性，因此需要进行校正以提高系统的性能和稳定性。
下面将介绍几种常见的自动控制系统校正方法。
一、比例积分微分（PID）控制方法比例积分微分控制方法是一种基于系统误差的反馈控制方法。
该方法通过调节比例、积分和微分三个功能的权重来调节系统的动态响应和稳态误差。
具体来说，比例控制使得系统能够快速响应，积分控制消除系统的稳态误差，微分控制提高系统的稳定性。
通过合理的选择PID控制器的参数，可以有效地校正自动控制系统。
二、最小二乘法方法最小二乘法是一种通过最小化残差平方和来估计参数的数学方法。
在自动控制系统中，最小二乘法可以用于识别系统的模型参数。
通过采集系统的输入输出数据，然后利用最小二乘法进行拟合，可以得到最佳的模型参数。
这些参数可以用于校正系统，以提高控制系统的性能。
三、系统辨识方法系统辨识是通过选择合适的模型结构和估计参数来描述实际系统的过程。
系统辨识方法可以通过对系统的输入输出数据进行统计分析来估计系统的动态特性。
常见的系统辨识方法包括传递函数法、状态空间法、神经网络法等。
通过对系统进行辨识，可以得到系统的数学模型，并根据模型对系统进行校正。
四、自适应控制方法自适应控制是指根据系统的动态特性和状态变化来调整自动控制系统的控制参数。
自适应控制方法可以通过观察系统的输出和状态变量，来调整控制器的参数，以保持系统的稳定性和性能。
常见的自适应控制方法包括模型参考自适应控制、模型预测控制等。
通过自适应控制方法，可以实时地校正控制系统，并适应系统的动态变化。
总结来说，自动控制系统校正方法包括比例积分微分控制方法、最小二乘法方法、系统辨识方法和自适应控制方法等。
这些方法可以根据系统的需要选择合适的方式来进行校正，以提高自动控制系统的性能和稳定性。
在实际应用中，校正方法的选择应综合考虑系统的特性、校正精度和实施难度等因素。
控制系统校正验证
控制系统校正验证在现代科技的发展中，控制系统已经得到了广泛的应用。
控制系统的校正验证是确保系统能够正确运行的重要环节。
本文将对控制系统校正验证的意义、方法和流程进行探讨。
一、控制系统校正验证的意义控制系统校正验证是为了确保系统能够以预期的方式运行，并达到预期的性能指标。
校正验证能够帮助我们找出系统中的问题和不足，从而进行调整和改进。
只有经过校正验证，才能确保系统能够准确、稳定地完成其设计任务，避免出现误差和故障。
二、控制系统校正验证的方法1. 硬件校正验证硬件校正验证主要是对控制系统的传感器和执行器进行测试和调整，确保其精度和稳定性。
通过使用标准量具和测试设备，可以检测出传感器是否准确地测量信号，并对执行器的响应速度和力度进行测试。
2. 软件校正验证软件校正验证主要是对控制系统的算法和逻辑进行验证。
通过模拟实际工作环境，输入不同的信号和条件，观察系统的响应和输出是否符合预期。
同时，还需要检查系统中是否存在逻辑错误、算法问题或者编程缺陷。
3. 系统集成校正验证系统集成校正验证是对整个控制系统进行完整的验证。
在集成校正验证中，需要将各个子系统和模块连接在一起，模拟真实的工作场景，并对整个系统的性能进行综合评估。
这个过程中，需要验证不同模块之间的协同工作和信息传递的正确性。
三、控制系统校正验证的流程1. 确定校正验证目标和指标在开始校正验证之前，需要明确系统的校正目标和所需的性能指标。
根据系统的特点和应用场景，确定需要验证的参数和指标，如精度、稳定性、响应速度等。
2. 设计校正验证方案根据校正验证目标和指标，设计相应的验证方案。
包括硬件和软件的校正验证内容、测试方法和测试设备的选择。
确保校正验证方案能够全面、准确地评估系统的性能。
3. 执行校正验证方案根据设计好的校正验证方案，进行实际的验证工作。
按照测试计划进行测试，并记录测试数据和结果。
需要对测试过程中的问题和异常进行分析，并及时进行调整和修正。
4. 分析和评估校正验证结果根据测试数据和结果，进行数据分析和评估。
第六章控制系统的校正
（1）根据给定系统的稳态性能或其他指标求出原系 统的开环增益K
33
一、超前校正 34
一、超前校正
（7）画出超前校正后系统的Bode图，验证系统的相 角裕量是否满足要求。
35
超前校正
例6-1 已知负反馈系统开环传递函数
G0 (s)
k s(s 1)
若要求系统在 r(t ) t 时，ess 0.083, 400 ,
27
第二节频率响应法校正
1.校正作用
曲线Ⅰ: K小,稳态性能不好.暂态性能满足,稳定性好. 曲线Ⅱ: K大,稳态性能好.暂态性能不满足,稳态性能差. 曲线Ⅲ: 加校正后,稳态、暂态稳定性均满足要求。
2.频率特性法校正的指标
闭环： r，M r， B
3.频率特性的分段讨论
初频段： 反映稳态特性.
中频段: 反映暂态特性, c附近.
t 0
u1
t
dt
K pTd
du1 t
dt
Gs K p
KI d
KDs
()
L()/dB
-20dB/dec
90
20lgKp
20dB/dec
0
0
90
26
第三节 频率响应法校正
用频率响应法对系统进行校正，就是把设计的校正装置串 接到原系统中，使校正后的系统具有满意的开环频率特性和闭 环频率特性。
未校正系统的开环传递函数G（s） H(s)，在K较小时，闭环系统稳定，而且 有良好的暂态性能，但稳态性能却不能 满足设计要求（如曲线I）。在K较大时。 虽然稳态性能满足要求，但闭环系统却 不稳定（如曲线II）。可见调整K还不能 使闭环系统有满足的性能，还需要加入 串联校正装置使校正后系统的性能如曲 线Ⅲ。该曲线不仅具有稳定性，而且有 良好的暂态性能。
第五章 控制系统的校正
上页所示的PID表达式(6.1)即是通常所说的常规PID控制器。 常规PID控制器可以采用多种形式进行工作。主要有以下几种,分 别称为：
u(t ) k p e(t ) 比例控制器： 1 t 比例-积分控制器： u (t ) k p (e(t ) e(t )dt) Ti 0 de (t ) ) 比例-微分控制器：u (t ) k p (e(t ) Td dt 1 t de(t ) u (t ) k p (e(t ) e(t )dt Td ) 比例-积分-微分控制器： 0 Ti dt 在某些特殊的情况下，PID控制器可以进行适当的变形，以 适应系统控制的要求。这些控制器称为变形的PID控制器。比如， 积分分离PID控制器，变速PID控制器，微分先行PID控制器，抗 饱和PID控制器，Fuzzy PID控制器等形式。
kc (s 1)
k1 s(T1s 1)(T2 s 1)
C(s)
PD校正后： 1、相对稳定性提高； 2、穿越频率增大，系统的快速性提高； 3、系统的高频增益增大，易引入高频干扰； 4、对稳态精度不产生直接影响。
14
三、比例-积分(PI)校正（相位滞后校正）
Gc R(s) _ G1
(T s 1) kc c Tc s
2
1、串联校正方式
将校正装置串联在反馈控制系统的前向通道中。
校正装置的作用：实现各种控制规律，以改善控 制系统的性能，因此常称为控制器。
Xi ( s )
+ -
校正环节
Gc ( s)
H(s) G 2( s) Xo ( s)
3
2、反馈校正方式
将校正装置接于局部反馈通道中构成。
优点：可大大提高系统的相对稳定性，有效削 弱非线性因素的不良影响，降低系统对参数变 化的敏感度，显著改善系统抑制扰动的能力。
控制系统的校正
控制系统的校正（一）一、校正方式1、串联校正；2、反馈校正；3、对输入的前置校正；4、对干扰的前置校正。
二、校正设计的方法3．等效结构与等效传递函数方法主要是应用开环Bode 图。
基本做法是利用校正装置的Bode ，配合开环增益的调整，修改原系统的Bode 图，使得校正后的Bode 图符合性能指标的要求。
1．频率法2．根轨迹法利用校正装置的零、极点，使校正后的系统，根据闭环主导极点估算的时域性能指标满足要求。
将给定的结构（或传递函数）等效为已知的典型结构或典型的一、二阶系统，并进行对比分析，得出校正网络的参数。
三、串联校正1．超前校正（相位超前校正）2．滞后校正（相位滞后校正()111)(>++=a Ts aTss G c 超前校正装置的传递函数为L (ω)aT m 1=ω20lg G c (jωm )=10lg a 其中:11=tg ()()aT tg T （）−−−ϕωωω11sin 1m a a −−=+ϕ四、超前校正频率法超前校正频率法设计思路：利用超前校正装置提供的正相移，增大校正后系统的相稳定裕度。
因此，通常将校正后系统的截止频率取为：c m=ωω此时，超前装置提供的相移量为：11()sin 1m a a −−=+ϕω新的截止频率位于校正装置两个转折频率的几何中心，即：20lg ()10lg 0m G j a +=a T m 1=ω例1：单位负反馈系统的开环传递函数为)2()(+=s s Ks G 设计校正装置，使得系统的速度误差系数等于20,相稳定裕度。
45≥γ202)()(lim 0==⋅=→K s H s G s K s v 解K=40)15.0(20)(+=ωωωj j j G (1) 确定K 值调整增益后的开环频率特性为srad c /2.61=ω01004518)2.65.0(90180<=⨯−−=−tg γ11sin 1+−=−a a m ϕ(2) 计算原系统相稳定裕度14)(40211=+c c ωω截止频率满足1c ω计算相稳定裕度γ(3) 计算参数{ }a ()111)(>++=a Ts aTss G ca=3.26db 1.526.3lg 10=2020log() 5.12mm ωω=−⨯s rad m /5.8=ω5.81==a T m ω(4) 确定频率mω(5) 计算参数T 00015184511sin +−=+−−a a T =0.065011109.13421.0065.05.090)(−=+−−−=−−−c c c c tg tg tg ωωωωϕ加入校正装置后系统的开环传递函数为)1065.0)(15.0()121.0(20)()(+++=s s s s s G s G c (6) 验证001.45)(180=+=c ωϕγ满足性能指标要求。
自动控制原理第六章控制系统的校正
自动控制原理第六章控制系统的校正控制系统的校正是为了保证系统的输出能够准确地跟随参考信号变化而进行的。
它是控制系统运行稳定、可靠的基础，也是实现系统优化性能的重要步骤。
本章主要讨论控制系统的校正方法和常见的校正技术。
一、校正方法1.引导校正：引导校正是通过给系统输入一系列特定的信号，观察系统的输出响应，从而确定系统的参数。
最常用的引导校正方法是阶跃响应法和频率扫描法。
阶跃响应法：即给系统输入一个阶跃信号，观察系统输出的响应曲线。
通过观察输出曲线的形状和响应时间，可以确定系统的参数，如增益、时间常数等。
频率扫描法：即给系统输入一个频率不断变化的信号，观察系统的频率响应曲线。
通过观察响应曲线的峰值、带宽等参数，可以确定系统的参数，如增益、阻尼比等。
2.通用校正：通用校正是利用已知的校准装置，通过对系统进行全面的测试和调整，使系统能够输出符合要求的信号。
通用校正的步骤通常包括系统的全面测试、参数的调整和校准装置的校准。
二、校正技术1.PID控制器的校正PID控制器是最常用的控制器之一，它由比例、积分和微分三个部分组成。
PID控制器的校正主要包括参数的选择和调整。
参数选择：比例参数决定控制系统的响应速度和稳定性，积分参数决定系统对稳态误差的响应能力，微分参数决定系统对突变干扰的响应能力。
选择合适的参数可以使系统具有较好的稳定性和性能。
参数调整：通过参数调整，可以进一步改善系统的性能。
常见的参数调整方法有经验法、试错法和优化算法等。
2.校正装置的使用校正装置是进行控制系统校正的重要工具，常见的校正装置有标准电压源、标准电阻箱、标准电流源等。
标准电压源：用于产生已知精度的参考电压，可以用来校正控制系统的电压测量装置。
标准电阻箱：用于产生已知精度的电阻，可以用来校正控制系统的电流测量装置。
标准电流源：用于产生已知精度的电流，可以用来校正控制系统的电流测量装置。
校正装置的使用可以提高系统的测量精度和控制精度，保证系统的稳定性和可靠性。
控制系统校正技巧
控制系统校正技巧控制系统的校正是确保其性能和准确性的关键步骤。
在工业和自动化领域中，控制系统的稳定性和精度对于操作和监控过程至关重要。
本文将介绍一些控制系统校正的技巧，以帮助确保系统的可靠性和可操作性。
1. 定义校正目标在进行控制系统校正之前，明确定义校正目标非常重要。
校正目标可以根据系统的特定需求和要求来确定。
例如，校正目标可以是确保输出信号精确度在某个特定范围内，或者是对系统进行故障诊断和调试。
2. 确定校正方法根据系统的类型和校正目标，选择合适的校正方法。
常见的校正方法包括手动校正和自动校正。
手动校正通常需要人工干预和调整，而自动校正可以通过仪器和软件来实现，提高效率和准确性。
3. 测量和分析在进行校正之前，需要先测量和分析系统的输出信号。
使用传感器和仪器来获取系统的实际输出值，并将其与理论或期望值进行比较。
通过分析测量结果，可以确定系统是否需要校正调整以及调整的幅度。
4. 调整参数校正的一种常见方法是通过调整系统的参数来实现。
参数调整可以分为两种方式，即开环和闭环调整。
开环调整是在测量信号的基础上直接调整系统参数，而闭环调整则是反馈控制，根据实际输出调整系统参数。
根据实际情况选择合适的调整方式，并依据测量结果进行适当的参数调整。
5. 验证和记录校正过程完成后，需要进行验证和记录。
验证校正的结果，确保系统输出符合预期并满足校正目标。
记录校正的详细信息，包括校正方法、参数调整值、测量结果等。
这些记录对于未来的维护和调试非常有用，并可作为参考。
6. 定期维护控制系统的校正不应该只是一次性的任务，而应该是一个定期维护的过程。
随着时间的推移，系统的参数和性能可能会发生变化，因此定期校正和调整是保持系统准确性和稳定性的关键。
制定维护计划，并按照计划执行校正和调整。
结论控制系统校正是确保系统性能和准确性的必要步骤。
通过明确校正目标、选择合适的校正方法、测量和分析、调整参数、验证和记录以及定期维护，可以保证控制系统的可靠性和稳定性。
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。
控制工程基础第五章——校正
三 系统常用校正方法（2）
前馈校正 （复合控制）
对输入的
对扰动的
系统校正的基本思路
系统的设计问题通常归结为适当地设计串 联或反馈校正装置。究竟是选择串联校正还是 反馈校正，这取决于系统中信号的性质、系统 中各点功率的大小、可供采用的元件、设计者 的经验以及经济条件等等。
一般来说，串联校正可能比反馈校正简单， 但是串联校正常需要附加放大器和（或）提供隔离。 串联校正装置通常安装在前向通道中能量最低的地方。 反馈校正需要的元件数目比串联校正少，因为反馈校 正时，信号是从能量较高的点传向能量较低的点，不 需要附加放大器。
显然不满足要求。
令 20lgG(j0)0 或 G0(j0) 1 可求得ω0，再求得γ。
☆ 超前校正设计的伯德图
☆ 超前校正设计⑵
☆ 超前校正设计⑶
⒊确定超前校正装置的最大超前相位角
m4 52 75 23
⒋确定校正装置的传递函数
①确定参数α ②确定ωm
1 1 s sii n n m m1 1 s sii2 2n n 3 32.28
PID 传递 函数
G c(s)U E ((s s))K PK I1 sK D s
Gc(s)KP(1T1IsTDs)
KP——比例系数；TI——积分时间常数； TD——微分时间常数
二 PID控制器各环节的作用
比例环节 积分环节 微分环节
即时成比例地反映控制系统的偏差 信号，偏差一旦产生，控制器立即产 生控制作用，以减少偏差。
为了充分利用超前装置的最大超前相位角，一般取校正后系统的
开环截止频率为 0 m 。故有 Lc(m)L(0 ' )0d B
于是可求得校正装置在ωm处的幅值为
2 lG 0 g c (jm ) 1 l0 g 1 l2 0 g .2 3 8 .5 d8 B最后得校正装置
控制系统的校正复习题
控制系统的校正复习题控制系统的校正复习题控制系统是现代工程中不可或缺的一部分，它能够实现对各种物理量的精确控制和调节。
在控制系统的设计和实施中，校正是一个重要的环节。
本文将针对控制系统的校正问题进行复习和讨论。
一、什么是控制系统的校正？控制系统的校正是指通过对系统参数和控制器参数的调整，使得系统的输出符合预期的要求。
校正的目的是提高系统的稳定性、精度和响应速度。
在校正过程中，需要考虑到系统的动态特性、非线性特性以及外部扰动等因素。
二、校正的方法和技巧1. 开环校正和闭环校正开环校正是指在系统中没有反馈回路的情况下进行校正。
它适用于一些简单的系统，但无法解决非线性和扰动等问题。
闭环校正则是在系统中引入反馈回路，通过对反馈信号进行处理来实现校正。
闭环校正具有更好的稳定性和鲁棒性。
2. 校正的顺序和步骤校正的顺序和步骤是确定校正效果的关键。
一般来说，校正的顺序应该是从低频到高频，从静态到动态。
具体步骤包括：先调整比例增益，再调整积分时间常数，最后调整微分时间常数。
此外，还应注意避免过度校正和频率抖动等问题。
3. 使用校正设备和工具在进行校正时，可以使用一些校正设备和工具来辅助调整。
例如，可以使用频率响应分析仪来测量系统的频率响应特性，以便调整控制器的参数。
此外，还可以使用示波器、信号发生器等设备来观察和分析系统的动态响应。
三、校正的应用案例1. 温度控制系统的校正温度控制系统是控制系统中常见的一种应用。
在温度控制系统的校正中，需要根据实际应用需求来调整控制器的参数，以实现对温度的精确控制。
常见的校正方法包括：比例校正、积分校正和微分校正。
2. 机器人控制系统的校正机器人控制系统是一种复杂的控制系统，需要对多个参数进行校正。
在机器人控制系统的校正中，需要考虑到机器人的动态特性、运动学和力学模型等因素。
常见的校正方法包括：PID校正、模型预测控制和自适应控制等。
四、校正的挑战和发展方向在控制系统的校正中，常常会面临一些挑战。
控制系统校正方法
控制系统校正方法控制系统校正方法是一种关键的技术，用于提高系统性能、确保系统稳定性和精度。
在不同的控制系统中，校正方法可能会有所不同，但其基本原理和步骤是相似的。
本文将探讨几种常见的控制系统校正方法，包括开环校正、闭环校正和模型参考自适应控制。
1. 开环校正开环校正是一种最基本的校正方法，其原理是通过在系统输入上施加一系列的测试信号，并记录系统输出。
通过分析输入输出数据，可以获取系统的传递函数或频率响应，并进行参数调整。
开环校正方法适用于线性系统，但往往忽略了系统中的不确定性和干扰。
2. 闭环校正闭环校正是一种常用的校正方法，其通过反馈控制来校正系统。
在闭环校正过程中，系统的输出与期望输出进行比较，并通过调整控制器参数来减小误差。
闭环校正方法可以提高系统的稳定性和鲁棒性，但可能需要花费较长的时间和精力来调整控制器参数。
3. 模型参考自适应控制模型参考自适应控制是一种高级的校正方法，它通过建立一个参考模型来校正系统。
参考模型通常是理想的期望输出模型，通过与系统输出进行比较，不断调整控制器参数以达到校正的目的。
模型参考自适应控制方法适用于非线性系统和存在不确定性的系统，能够提供更好的系统性能和适应性。
4. 系统辨识系统辨识是一种用于校正的重要技术，它通过对系统进行实验观测，获得系统的数学模型。
根据获得的模型，可以设计和调整控制器参数，从而实现系统的校正。
系统辨识可以基于频域和时域的方法，适用于线性和非线性系统。
5. 自适应控制自适应控制是一种能够根据系统状态和环境变化自动调整参数的控制方法。
在自适应控制中，控制器的参数通过在线学习和优化算法进行自适应调整。
自适应控制方法适用于复杂的系统和存在变化的工作环境，能够提供更好的控制性能和鲁棒性。
结论控制系统校正是确保系统性能和精度的关键步骤。
本文介绍了几种常见的校正方法，包括开环校正、闭环校正、模型参考自适应控制、系统辨识和自适应控制。
在实际应用中，根据系统特性和需求，可以选择合适的校正方法或结合多种方法进行校正，以提高控制系统的性能和鲁棒性。
自动控制系统校正方法介绍
其Wc=13.2 。 取Kc=1，所以其低频渐近线为零分贝线。频渐近线为+20dB/dec斜直线，其交点（交接频率）为w=1/τ=1/0.2=5rad/s。其相位曲线为0→+90的曲线（相位超前）。此为稳定系统。此时w1=35rad/s。
以上分析表明，比例微分环节与系统固有部分的大惯性环节的作用相消了。这样，系统由原来的一个积他和二个惯性环节变成一个积分和一个惯性环节。
其校正装置Gs=K(τs+1)，为了更清楚地说明相位超前校正对系统性能的影响，这里取Kc=1（为避开增益改变对系统性能的影响,）同时为简化起见，这里的微分时间常数取τ=T= 0.2s,这样，系统的开环传递函数为：
由上述的图像分析可知： ①在低频段，由调节器积分部分的作用，L(w)斜率增加了-20dB/dec， 系统增加了一阶无静差度（由一阶无静差变为二阶无静差），从而显著地 改善了系统的稳态性能。 ②在中频段，由于调节器微分部分的作用（进行相位超前校正），使 系统的相位裕量增加，这意味着超调量减小，振荡次数减少，从而改善了 系统动态性能（相对稳定性）。 ③在高频段，由于微分部分的影响，使高频增益有所增加，会降低 系统的抗高频干扰的能力。 综上所述，比例积分微分校正兼顾了系统稳态性能和动态性能的改善， 因此在要求较高的场合（或系统已含有积分环节的系统），系统的动态响 应性能和稳定性能都有所提高。
其L(w)水平部分的高度为20lgkc=20lg1.3=2.3dB，低频段的斜率为-20dB/dec。PI调节器的对数相频特性为由-90→0的曲线。穿越频率wc′=13rads,相位裕量r′=65
控制系统校正优化
控制系统校正优化在现代科技和工业领域中，控制系统的校正优化是确保产品和设备正常运行的关键步骤。
控制系统校正优化是指调整和改进系统的控制参数，以实现更高的性能和稳定性。
本文将探讨控制系统校正优化的重要性、常见的校正方法以及校正优化的实际应用。
一、控制系统校正优化的重要性控制系统的校正优化对于确保系统的稳定性和可靠性至关重要。
通过适当的校正优化，可以提高系统的性能，优化设备和产品的生产流程，降低能源消耗，提高生产效率。
此外，控制系统校正优化还可以提高系统的响应速度和吞吐量，提供更准确的控制和监测，降低故障率和维修成本。
二、常见的控制系统校正方法1. PID校正法PID（比例-积分-微分）校正法是一种常用的控制系统校正方法。
它通过调整比例系数、积分时间和微分时间来优化系统的控制效果。
PID 校正法常用于反馈控制系统，可以通过监测系统的输出和输入信号，自动调整控制参数，使系统更加稳定和精确。
2. 模型预测控制法模型预测控制法是一种基于系统数学模型的优化方法。
它通过建立系统的数学模型，并使用模型对未来的系统行为进行预测，从而优化系统的控制策略。
模型预测控制法可以实现对系统的在线优化，提高系统的响应速度和控制精度。
3. 最优控制法最优控制法是一种以最小化系统性能指标为目标的优化方法。
它通过数学优化算法，寻找使系统性能最优化的控制策略。
最优控制法可以在满足系统约束条件的前提下，最大程度地提高系统的性能和效率。
三、控制系统校正优化的实际应用控制系统校正优化在许多领域中得到了广泛的应用。
以下是一些实际应用的示例：1. 工业自动化在工业生产中，控制系统的校正优化可以改善生产过程中的稳定性和性能，提高生产效率和质量。
例如，在汽车制造业中，通过对生产线控制系统的校正优化，可以有效地提高生产线的运行效率和产品的质量。
2. 航空航天在航空航天领域，控制系统的校正优化对于飞机的飞行稳定性和安全性至关重要。
通过对飞机的自动控制系统进行校正优化，可以提高飞机的操纵性和飞行性能，优化飞行过程中的燃油消耗和飞行安全。
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)
自动控制系统校正方法
自动控制系统校正方法
下面将介绍几种常见的自动控制系统校正方法：
1.基于试探法的校正方法：
这种方法通过对控制系统进行试探性的扰动，观察系统的响应来确定
调整参数的大小和方向。
常见的方法有阶跃响应法和斜坡响应法。
阶跃响
应法通过输入一个阶跃信号，观察系统的输出响应，调整参数使输出尽快
收敛到期望值。
斜坡响应法则是通过输入一个斜坡信号，观察系统的输出
响应的斜率，根据斜率的大小和方向调整参数。
2.基于频域分析的校正方法：
这种方法使用频域分析工具来分析系统的幅频特性，从而得到系统的
频率响应函数，进而调整参数使得系统的频率响应函数与期望值尽量接近。
其中最常见的方法是根轨迹法和频率响应曲线法。
根轨迹法通过画出系统
的根轨迹图来分析系统的稳定性和性能，进而调整参数。
频率响应曲线法
通过绘制系统的幅频特性曲线，观察曲线的形状、幅值和相位信息，从而
调整参数。
3.基于模型预测的校正方法：
这种方法通过建立系统的数学模型来进行系统的校正。
常见的方法有
最小二乘法和极大似然法。
最小二乘法通过最小化实际输出与期望输出之
间的平方误差来调整参数。
极大似然法则是通过最大化实际输出的似然函
数来调整参数，从而使系统的输出尽可能接近期望输出。
需要注意的是，不同的自动控制系统校正方法适用于不同的系统和控
制目标。
在进行校正时，需要根据实际情况选择合适的方法，并根据实际
测试结果进行调整和优化。
此外，校正过程中还需考虑系统的非线性特性、外界干扰和噪声等因素的影响，以实现系统的更好性能。
控制系统的基本校正方法
控制系统的基本校正方法控制系统的基本校正方法是为了使系统的输出与期望输出尽可能一致，从而提高系统的稳定性和性能。
在控制系统设计中，校正方法是非常重要的环节，下面将从系统标定、反馈控制、前馈控制等方面介绍控制系统的基本校正方法。
1. 系统标定系统标定是指通过实验方法获得系统的数学模型或者一些重要参数的过程。
常用的标定方法有阶跃响应法、频率响应法和脉冲响应法等。
其中，阶跃响应法通过输入一个阶跃信号，观察系统的输出响应，从而得到系统的传递函数；频率响应法通过输入不同频率的正弦信号，测量系统的幅频特性和相频特性，从而得到系统的频率响应；脉冲响应法通过输入一个脉冲信号，观察系统的输出响应，从而得到系统的脉冲响应。
2. 反馈控制反馈控制是指根据系统的输出信息对系统进行校正的方法。
在反馈控制中，系统的输出被采集并与期望输出进行比较，根据比较结果来调整系统的控制信号。
常用的反馈控制方法有比例控制、积分控制和微分控制等。
比例控制是根据误差的大小直接调整控制量的方法；积分控制是根据误差的累积值来调整控制量的方法；微分控制是根据误差的变化率来调整控制量的方法。
这些控制方法可以单独使用，也可以组合使用，以实现更好的校正效果。
3. 前馈控制前馈控制是指在控制系统中引入预测模型，通过预测系统的未来输出来调整控制量的方法。
前馈控制可以提前消除系统的干扰或者滞后响应，从而使系统的输出更加接近期望输出。
常用的前馈控制方法有比例前馈、积分前馈和动态前馈等。
比例前馈根据误差的大小调整前馈量；积分前馈根据误差的累积值调整前馈量；动态前馈根据系统的动态特性调整前馈量。
前馈控制可以与反馈控制结合使用，以实现更好的系统校正效果。
4. 系统辨识系统辨识是指通过实验数据或者观测数据来推断系统的模型或者参数的过程。
系统辨识可以基于经验模型，也可以基于物理模型。
常用的系统辨识方法有参数辨识、非参数辨识和基于神经网络的辨识等。
参数辨识通过寻找最优参数来拟合系统的数学模型；非参数辨识通过寻找系统的频率响应函数或者冲激响应函数来描述系统的特性；基于神经网络的辨识通过训练神经网络来拟合系统的输入输出关系。
自动控制系统中的校正与校准
自动控制系统中的校正与校准自动控制系统是现代工业领域中广泛应用的技术之一。
它通过传感器感知环境信息、经过算法处理后输出控制信号，以实现对系统的自动监控和调节。
而在自动控制系统的运行过程中，校正与校准是确保系统准确性和性能稳定的重要环节。
一、校正的作用与方法校正是指通过调整系统的参数，使其输出与实际值相符合的过程。
校正的主要目的是提高系统的准确性和稳定性，确保系统能够按照预定要求进行工作。
在自动控制系统中，常见的校正方法包括以下几种：1.1 传感器校正传感器是自动控制系统中获取环境信息的重要组成部分。
传感器的准确性直接影响系统的工作效果。
因此，在系统安装和维护过程中，需要对传感器进行校正。
常见的传感器校正方法包括零点校正和量程校准等。
1.2 控制算法校正在自动控制系统中，控制算法是决定系统行为的核心。
控制算法的准确性和稳定性对系统的工作至关重要。
因此，需要对控制算法进行校正，使得系统的控制动作更加精确。
常见的控制算法校正方法包括闭环校正和开环校正等。
1.3 系统整体校正自动控制系统是一个复杂的系统，包括传感器、执行器、控制器等多个组件。
为了确保整个系统的准确性和稳定性，需要对系统进行整体校正。
常见的系统整体校正方法包括模型辨识和自适应控制等。
二、校准的作用与方法校准是指通过对比系统输出值与标准值之间的差异，对系统进行调整和校正的过程。
校准的目的是确保系统的输出值能够与实际值相匹配。
在自动控制系统中，常见的校准方法包括以下几种：2.1 标定校准标定校准是指将系统输出值与已知标准值进行比较，并进行相应的调整，使系统输出值更接近标准值。
在自动控制系统中，常见的标定校准方法有零点标定和斜率标定等。
2.2 软件校准在一些特殊情况下，系统的输出值可能会受到软件算法或逻辑的影响。
为了确保系统的准确性，需要对软件进行校准。
常见的软件校准方法包括修正系数法和卡尔曼滤波器等。
2.3 执行器校准执行器是自动控制系统中负责执行控制动作的组件，执行器的准确性和稳定性对系统的控制效果具有重要影响。
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第五章 控制系统的校正方法
第五章 控制系统的校正方法
第五章 控制系统的校正方法
第五章 控制系统的校正方法
第五章 控制系统的校正方法
第五章 控制系统的校正方法
我们已经系统地介绍了控制系统分析的方法。即时域分析法 和频率特性法。介绍了控制系统性能指标的估算方法，影 响性能指标的因素，以及改善系统性能指标的可行途径， 并揭示了控制系统性能指标的矛盾性，从而为控制系统的 设计奠定了基础。 一个实际系统不但要求绝对稳定，而且要求具有一定的稳定 裕量，即相对稳定性，以保证系统具有满意的性能指标。 5.1 校正的基本概念 5.1.1控制系统的校正及其思路 在控制工程中，为了满足特定任务的要求，总是预先给出控 制系统的性能指标，要求设计出一个有良好性能的控制系 统。控制系统的性能指标，主要反映了对控制系统的稳定 性，控制过程的快速性、超调量和控制精度方面的要求。
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5.2.3 滞后—超前校正环节特性 滞后校正主要用来改善系统的稳态性能，超前校正主要用来提高 系统的稳定裕量，改善动态性能。如果把二者结合起来，就能 同时改善系统的稳态性能和动态性能，。这种校正方式称为滞 后-超前校正。 5.3 用频率特性法设计串联校正环节 若系统的性能指标以稳态误差、相位裕量和增益裕量等频域指标 表示，那么用频率特性法设计串联校正环节是很方便的。在 Bode图上把校正环节的幅频和相频曲线分别加在原系统的幅频 和相频曲线上就能清楚地显示校正环节的作用，同时也能方便 地根据性能指标确定所需要的校正环节。 5.3.1 希望的开环频率特性 低频段增益应足够大，以保证稳态精度的要求；中频段一般以 的 斜率穿越零分贝线，并维持一定的宽度，以保证合适的相位裕 量和增益裕量，从而使系统具有良好的动态性能；高频段的增 益要尽可能小，以便使系统噪声影响降低到最小程度。
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⑵ 串联加局部反馈校正 当串联校正不能完全满足动态性能的设计指标要求时，选 择加局部反馈校正，通过改变被控对象的结构提高系统的 性能指标。
⑶ 串联反馈加前馈校正 ① 对给定值的前馈校正 系统设计结构如下图所示
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② 对扰动值的前馈校正 系统设计结构如图所示。当设计的串联反馈控制系 统已经基本满足系统稳定性设计要求时，加入对扰 动信号的前馈校正可以提高系统抗拒干扰的能力， 且包括静态和动态。
Gc ( s)
Ts 1
Ts 1
1
Байду номын сангаас
如果把滞后校正装置配置在低频段，系统的相频特性变化很 小，即系统的动态特性变化不大，但开环增益却因此可以 提高，使稳态性能得到改善。在控制系统动态特性较好， 需要改变其稳态性能时，采用滞后校正，可以提高稳态精 度，而对动态特性不产生大的影响。这是滞后校正装置的 主要用途之一。
第五章 控制系统的校正方法
5.1.4 系统校正的方法 系统校正的方法可以采用时域法、根轨迹法和频域法。当所 设计的控制系统的性能指标是以频域指标形式给出时，一 般采用频率法校正。本章只讨论频率法校正问题。读者若 想了解更多的校正方法，请参阅其它书籍。
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5.2 串联校正典型环节特性 在控制工程中，串联校正应用比较广泛。串联校正环节的特 性按照其频率特性上相位超前或滞后的性质可分为三类： 超前校正、滞后校正和滞后超前校正。以下分别介绍典型 的超前、滞后和滞后超前校正环节的特性。 5.2.1 超前校正环节特性 超前校正装置的传递函数为： Ts 1 Gc ( s ) 1 Ts 1 超前校正装置最大的超前相角为：
Gc (c)
kc Gc ( s) sv
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5.3.2.串联超前校正的一般步骤
第五章 控制系统的校正方法
第五章 控制系统的校正方法
5.1.2 设计指标 ⑴ 稳定性 ⑵ 静态指标：稳态误差ess 或位置误差系数Kp 、速度误差系 数 Kv和加速度误差系数Kａ 。 ⑶ 动态指标 时域：调节时间 ts、超调量 σ%和峰值时间tp ；或确定系统主 导极点位置。 频域：穿越频率ωc 和相位裕量γ 。 5.1.3控制系统设计的结构及特点 ⑴ 串联校正
max arctan
1 1
L m 10lg
产生超前相角最大值的频率为： m
1
T
第五章 控制系统的校正方法
若控制系统不可变部分的频率特性在截止频率附近有相角滞 后，利用校正装置产生的超前角，可以补偿相角滞后，用 来提高系统的相位稳定裕量，改善系统的动态特性。 5.2.2.滞后校正环节特性 滞后校正装置的传递函数为：