滞后超前校正控制器设计方案
滞后超前校正控制器设计
《计算机控制》课程设计报告题目: 滞后-超前校正控制器设计姓名: 胡志峰学号: 1002301052013年7月12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7 月5 日一、实验目的完成滞后 - 超前校正控制器设计二、实验要求熟练掌握 MATLAB 设计仿真滞后-超前校正控制器、运用Protel 设计控制器硬件电路图，以及运用MCS-51单片机C 或汇编语言完成控制器软件程序编程。
三、设计任务设单位反馈系统的开环传递函数为 )160)(110()(0++=ss s K s G ，采用模拟设计法设计滞后-超前校正数字控制器，使校正后的系统满足如下指标： (1) 当t r = 时，稳态误差不大于1/126； (2) 开环系统截止频率 20≥c ω rad/s ； (3) 相位裕度o 35≥γ 。
四、 实验具体步骤4.1 相位滞后超前校正控制器的连续设计校正方案主要有串联校正、并联校正、反馈校正和前馈校正。
确定校正装置的结构和参数的方法主要有两类：分析法和综合法。
分析法是针对被校正系统的性能和给定的性能指标，首先选择合适的校正环节的结构，然后用校正方法确定校正环节的参数。
在用分析法进行串联校正时，校正环节的结构通常采用超前校正、滞后校正和滞后-超前校正这三种类型。
超前校正的作用在于提高系统的相对稳定性和响应的快速性,滞后校正的主要作用是在不影响系统暂态性能的前提下,提高低频段的增益，改善系统的稳态特性，而滞后超前校正环节则可以同时改善系统的暂态特性和稳态特性。
这种校正的实质是综合利用了滞后和超前校正的各自特点，利用其超前部分改善暂态特性，而利用滞后部分改善稳态特性，两者各司其职，相辅相成。
(1)调整开环增益 K,使其满足稳态误差不大于1/126;00lim (s)126v s K s G K →=== (1)按求得的开环增益 K=126 绘制 Bode 图4-1所示：图4-1 校正前系统Bode 图图4-2 校正前系统阶跃响应图由图可知：未校正系统的 剪切频率: 032.5/c rad s ω= 相角裕度：011.4γ=-︒ 幅值裕度： 5.120g K dB =-< 相位裕度：24.5/g rad s ω=以上计算以及仿真结果可知，系统不稳定，需要进行校正，由于0c ω附近频段内0(s)G 的对数幅频渐近线以 -40dB/dec 穿过 0dB 线，只加一个超前校正网络其相角超前量有可能不足以满足相位裕度的要求 ， 可以设想如果让中频段(0c ω附近)衰减，再由超前校正发挥作用，则有可能满足指标要求，而中频段衰减正好可以用滞后校正完成。
用MATLAB进行控制系统的滞后-超前校正设计
课程设计任务书学生姓名： 专业班级：指导教师： 程 平 工作单位： 自动化学院 题 目: 用MATLAB 进行控制系统的滞后－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)102.0)(11.0()(++=s s s Ks G要求系统的静态速度误差系数150-≥S v K ， 40≥γ,s rad w c /10≥。
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、MATLAB 作出满足初始条件的最小K 值的系统伯德图，计算系统的幅值裕量和相位裕量。
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 对校正前后的系统进行仿真分析，画出阶跃响应曲线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 日串联滞后-超前校正兼有滞后校正和超前校正的优点，即已校正系统的响应速度较快，超调量较小，抑制高频噪声的性能也较好。
当校正系统不稳定，且要求校正后系统的响应速度，相角裕度和稳态精度较高时，以采用串联滞后-超前校正为宜。
其基本原理是利用滞后-超前网络的超前部分来增大系统的相角裕度，同时利用滞后部分来改善系统的稳态性能。
此次课程设计就是利用MATLAB对一单位反馈系统进行滞后-超前校正。
通过运用MATLAB的相关功能，绘制系统校正前后的伯德图、根轨迹和阶跃响应曲线，并计算校正后系统的时域性能指标。
关键字：超前-滞后校正 MATLAB 伯德图时域性能指标1 滞后-超前校正设计目的和原理 (1)1.1 滞后-超前校正设计目的 (1)1.2 滞后-超前校正设计原理 (1)2 滞后-超前校正的设计过程 (3)2.1 校正前系统的参数 (3)2.1.1 用MATLAB绘制校正前系统的伯德图 (4)2.1.2 用MATLAB求校正前系统的幅值裕量和相位裕量 (4)2.1.3 用MATLAB绘制校正前系统的根轨迹 (5)2.1.4 对校正前系统进行仿真分析 (6)2.2 滞后-超前校正设计参数计算 (7) (8)2.2.1 选择校正后的截止频率c2.2.2 确定校正参数 (8)2.3 滞后-超前校正后的验证 (9)2.3.1 用MATLAB求校正后系统的幅值裕量和相位裕量 (9)2.3.2 用MATLAB绘制校正后系统的伯德图 (10)2.3.3 用MATLAB绘制校正后系统的根轨迹 (11)2.3.4 用MATLAB对校正前后的系统进行仿真分析 (12)3 心得体会 (14)参考文献 (16)用MATLAB进行控制系统的滞后－超前校正设计1 滞后-超前校正设计目的和原理1.1 滞后-超前校正设计目的所谓校正就是在系统不可变部分的基础上，加入适当的校正元部件，使系统满足给定的性能指标。
自动控制原理MATLAB课程设计--滞后-超前校正
滞后-超前校正——课程设计一、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的分析、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：１、被控制对象的传递函数是m m 1m 2012mn sn 1n 2012nb s b s b s b ()a s a a s a G S ----+++⋯+=+++⋯＋（ｎ≥ｍ）２、参数ａ０，ａ１，ａ２，．．．ａｎ和ｂ０，ｂ１，ｂ２，．．．ｂｍ因小组而异。
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ＭＡＬＡＢ用频率法对系统进行串联校正设计，使其满足给定的领域性能指标。
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Ｔ，α等的值。
已知开环传递函数为G(S)= 0(2)(40)k s s s ++,使用频率法设计串联滞后—超前校正装置，使系统的相角裕度大于等于40°，静态速度误差系数等于20。
校正前根据上式可化简G(S)= 00.0125(0.51)(0.0251)k s s s ++，所以公式G(S)=20(0.51)(0.0251)s s s ++,所以=1，则c w = 6.1310，相角裕度γ为9.3528。
温度控制系统的滞后超前校正
题 目: 温度控制系统的滞后超前校正初始条件：某温箱的开环传递函数为 1.5()(61)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、 试设计滞后超前校正装置，使系统的相角裕度增加20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超前校正1 滞后-超前校正设计目的和原理1.1 滞后-超前校正设计目的所谓校正就是在系统不可变部分的基础上，加入适当的校正元部件，使系统满足给定的性能指标。
校正方案主要有串联校正、并联校正、反馈校正和前馈校正。
确定校正装置的结构和参数的方法主要有两类：分析法和综合法。
分析法是针对被校正系统的性能和给定的性能指标，首先选择合适的校正环节的结构，然后用校正方法确定校正环节的参数。
在用分析法进行串联校正时，校正环节的结构通常采用超前校正、滞后校正和滞后-超前校正这三种类型。
超前校正通常可以改善控制系统的快速性和超调量，但增加了带宽，而滞后校正可以改善超调量及相对稳定度，但往往会因带宽减小而使快速性下降。
滞后-超前校正兼用两者优点，并在结构设计时设法限制它们的缺点。
在此课题中，滞后-超前校正设计的主要目的是使开环传递函数的相角裕度增加20度。
1.2 滞后-超前校正设计原理滞后-超前校正RC 网络电路图如图1所示：图1 滞后-超前校正RC 网络它的传递函数：)1)(1()1)(1()(asT s aT s T s T s G b a b a c ++++=其中a>1,(1+）s T a /(1+aT ）s a 为网络的滞后部分，(1+s T b )/(1+s T b /a)为网络的超前部分。
滞后-超前校正RC 网络特性如图2所示图2 滞后-超前校正RC 网络特性无源滞后-超前网络的对数幅频特性如上图，其低频部分和高频部分均起于和终于零分贝水平线。
滞后-超前校正
目录摘要 (1)引言 (2)1 滞后-超前校正设计目的和原理 (2)1.1滞后-超前校正设计目的 (2)1.2滞后-超前校正设计原理 (2)2 滞后-超前校正的设计过程 (4)2.1校正前系统的参数 (4)2.1.1 用MATLAB绘制校正前系统的伯德图 (4)2.1.2 用MATLAB求校正前系统的幅值裕量和相位裕量 (5)2.1.3 用MATLAB绘制校正前系统的根轨迹 (6)2.1.4 对校正前系统进行仿真分析 (7)2.2滞后-超前校正设计参数计算 (8)ω (8)2.2.1 选择校正后的截止频率c2.2.2确定校正参数β、2T和1T (8)2.3滞后-超前校正后的验证 (9)2.3.1 用MATLAB求校正后系统的幅值裕量和相位裕量 (9)2.3.2 用MATLAB绘制校正后系统的伯德图 (10)2.3.3 用MATLAB绘制校正后系统的根轨迹 (11)2.3.4 用MATLAB对校正前后的系统进行仿真分析 (12)结束语 (14)参考文献 (15)用MATLAB进行控制系统的滞后－超前校正设计摘要自动控制技术的应用日益广泛，除了在国防、空间科技等尖端领域里成为不可或缺的重要技术之外，在机电工程、冶金、化工、轻工、交通管理、环境保护、农业等领域中，自动控制技术的作用也日显突出。
自动控制技术的运用大大提高了劳动生产率和产品质量，同时，也改善了劳动条件，在改善人类的居住环境和提高生活质量方面也发挥了非常重要的作用。
今天的社会生活中，自动化装置已经无所不在，为人类文明进步做出了重要的贡献。
自动控制系统的课程设计是检验我们学过知识扎实程度的好机会，也让我们的知识体系更加系统，更加完善。
在不断学习新知识的基础上得到了动手能力的训练，启发创新思维及独立解决实际问题的能力，提高设计、装配、调试能力。
关键词：滞后超前校正伯德图 MATLAB 校正参数引言如果系统设计要求满足的性能指标属频域特征量，则通过采用频域校正方法。
自动控制原理课程设计串联超前滞后校正装置
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。
（2）掌握对控制系统相角裕度、稳态误差、剪切频率、相角穿越频率以及增益裕度的求取方法。
（3）掌握利用Matlab对控制系统分析的技能。
熟悉MATLAB这一解决具体工程问题的标准软件，能熟练地应用MATLAB软件解决控制理论中的复杂和工程实际问题，并给以后的模糊控制理论、最优控制理论和多变量控制理论等奠定基础。
（4）提高控制系统设计和分析能力。
（5）所谓校正就是在系统不可变部分的基础上，加入适当的校正元部件，使系统满足给定的性能指标。
校正方案主要有串联校正、并联校正、反馈校正和前馈校正。
确定校正装置的结构和参数的方法主要有两类，分析法和综合法。
分析法是针对被校正系统的性能和给定的性能指标，首先选择合适的校正环节的结构，然后用校正方法确定校正环节的参数。
在用分析法进行串联校正时，校正环节的结构通常采用超前校正、滞后校正和滞后-超前校正这三种类型。
超前校正通常可以改善控制系统的快速性和超调量，但增加了带宽，而滞后校正可以改善超调量及相对稳定度，但往往会因带宽减小而使快速性下降。
滞后-超前校正兼用两者优点，并在结构设计时设法限制它们的缺点。
二、设计要求(姬松)1．前期基础知识，主要包括MATLAB系统要素，MATLAB语言的变量与语句，MATLAB的矩阵和矩阵元素，数值输入与输出格式，MATLAB系统工作空间信息，以及MATLAB的在线帮助功能等。
2．控制系统模型，主要包括模型建立、模型变换、模型简化，Laplace变换等等。
3．控制系统的时域分析，主要包括系统的各种响应、性能指标的获取、零极点对系统性能的影响、高阶系统的近似研究，控制系统的稳定性分析，控制系统的稳态误差的求取。
4．控制系统的根轨迹分析，主要包括多回路系统的根轨迹、零度根轨迹、纯迟延系统根轨迹和控制系统的根轨迹分析。
5．控制系统的频域分析，主要包括系统Bode 图、Nyquist 图、稳定性判据和系统的频域响应。
超前校正补偿器滞后校正补偿器设计
目录▪利用根轨迹设计超前或相位超前补偿器▪利用频率响应设计超前或相位超前补偿器▪利用根轨迹设计滞后或相位滞后补偿器▪利用频率响应设计滞后或相位滞后补偿器▪利用根轨迹或频率响应设计超前滞后补偿器超前补偿器和滞后补偿器在控制领域应用非常广泛。
超前补偿器可以增加系统稳定性和提高系统的响应速度；滞后补偿器可以减小（但不能消除）稳态误差。
根据需要，还可以对一个或多个超前补偿器和滞后补偿器进行多种方式的连接。
超前、滞后和超前/滞后补偿器通常用于对传递函数形式表示的系统进行设计，系统转换这一节解释了如何将状态空间模型转换为传递函数模型。
利用根轨迹设计超前或相位超前补偿器利用根轨迹法可以对一阶超前补偿器进C(s)行设计,根轨迹形式的超前补偿器如下：我们用下面的命令将补偿器C(s)和系统P(s)连接起来。
利用频率响应设计超前或相位超前补偿器一阶相位超前补偿器也可以用频率响应法进行设计。
频率响应形式的超前补偿器如下所示：两个转角频率位于1/aT和1/T处，注意加入系统的正相位位于这两个频率之间。
根据a的值可知，一个超前补偿器可提供的最大超前相位为90°，如果你需要超过90°的相位，可以采用两个超前补偿器串联的形式。
补偿器提供的最大超前相位出现在中心频率处，中心频率可由下式计算。
在幅值图上可以看到超前补偿器的另一个作用，即它会提高系统在高频处的增益（增加的增益值为a），这会使得穿越频率增大，因此可以减少系统的上升时间和调节时间（但会放大高频噪声）。
Matlab中频率响应形式的相位超前补偿器C(s)可用下列代码表示（a和T已经定义过）：我们用下面的命令将补偿器C(s)和系统P(s)连接起来。
利用根轨迹设计滞后或相位滞后补偿器一阶滞后补偿器C(s)可以用根轨迹法进行设计，滞后补偿器的根轨迹形式如下：Matlab中根轨迹形式的相位滞后补偿器C(s)可用以下代码表示，假设z和p已经定义过。
我们用下面的命令将补偿器C(s)和系统P(s)连接起来。
滞后校正控制器设计详述
《计算机控制》课程设计报告仅供个人学习参考，禁止转载！题目: 滞后校正控制器设计姓名:学号:2016年6月12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：2016年6 月12 日一、 设计过程解：（1）根据速度误差系数K v ＝301s -,求K 。
K V =0lim s →s ⋅G 0（s ）=K=30 （1） 所以)12.0)(11.0(30)(0++=s s s s G （2）（2）画出控制对象)12.0)(11.0(30)(0++=s s s s G 的Bode 图（3）计算剪切频率c ω，相角裕量γ。
c ω＝11.45rad/s （3）γ＝180°－90°－arctan （0.1c ω）－arctan(0.2c ω) ＝﹣25.3° （4） 系统不稳定，不满足条件（4）求出相角裕量2γ= γ＋ε处的频率2c ω，2c ω为加控制器后的穿越频率。
2γ＝40°＋6°＝46°，相角裕量为46°时对应2c ω为2.7rad/s,满足穿越频率大于2.3rad/s 的要求。
（5）被控对象bode 图在2c ω=2.7rad/s 处的增益为21dB,求出b.﹣20lgb ＝21,b ＝0.09 （5） （6）令1bT ＝22c ω~210c ω,求出T 。
取 1bT ＝210c ω＝2.710，bT ＝3.7s ，T ＝41.1s （6）（7）此时滞后控制器为C （s ）＝11bTs Ts ++＝1 3.7141.1ss++ （7） 校正后的开环传递函数G(s) ＝C(s)·0G (s) ＝1 3.7141.1s s ++·30(0.11)(0.21)s s s ++ （8）（8）验证加控制器后的系统的性能指标。
相角裕度＝41.3°≥40°，ω＝6.8rad/s相位穿越－180°时的频率gω)G(j gω) |＝10.5dB≥10dB,满足要求。
超前滞后校正课程设计
超前滞后校正课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解“超前滞后校正”的概念，掌握其在控制系统中的应用。
2. 学生能描述不同类型的超前滞后校正器的设计原理和特点。
3. 学生能运用数学工具分析并计算超前滞后校正器对系统性能的影响。
技能目标：1. 学生能够运用模拟或数字工具设计简单的超前滞后校正电路。
2. 学生能够通过实验或仿真软件评估校正前后控制系统的动态响应和稳定性。
3. 学生能够结合实际案例，分析和解释使用超前滞后校正的意义和效果。
情感态度价值观目标：1. 学生能够培养对自动化和控制系统学科的兴趣，认识到其在现代技术中的重要性。
2. 学生能够通过小组合作和讨论，发展团队协作能力和问题解决的积极态度。
3. 学生能够在面对控制系统的设计和优化问题时，形成科学严谨、勇于创新的精神。
课程性质分析：本课程为自动化控制专业高年级学生设计，旨在深化学生对控制系统校正技术的理解，并通过实践提高学生解决实际问题的能力。
学生特点分析：高年级学生已具备一定的控制理论基础和实际操作技能，能快速接受新概念，并渴望将理论知识与实际应用相结合。
教学要求：1. 理论与实践相结合，注重学生动手能力的培养。
2. 引导学生主动探究，鼓励创新思维和批判性思维。
3. 以学生为中心，提供个性化学习路径，确保每位学生都能达到既定的学习成果。
二、教学内容本课程教学内容围绕“超前滞后校正”这一主题，参考教材相关章节，科学系统地组织以下内容：1. 超前滞后校正基础理论：- 控制系统校正的必要性- 超前滞后校正器的基本原理- 超前滞后校正器的数学模型2. 超前滞后校正器设计方法：- 校正器的设计步骤- 不同类型的超前滞后校正器参数计算- 校正器对系统性能的影响分析3. 实践应用与案例分析：- 超前滞后校正器在控制系统中的应用案例- 实验室或仿真软件实践操作- 控制系统性能评估方法教学大纲安排如下：第一周：控制系统校正概述，超前滞后校正基本理论第二周：超前滞后校正器设计方法，数学模型分析第三周：校正器参数计算，系统性能影响分析第四周：应用案例分析，实验室实践操作与讨论教学内容进度安排与教材章节紧密关联，确保学生能够循序渐进地掌握相关知识，同时注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力。
基于MATLAB的滞后-超前校正器的设计
2009级自动化专业《计算机控制技术》课程设计任务书
论文
题目
基于MATLAB的滞后-超前校正器的设计
设计类型
导师姓名
主要内容及目标
滞后-超前校正设计的基本原理是利用网络的超前部分来增大系统的相角裕度，同时利用滞后部分来改善系统的稳态性能。这种校正方法兼有滞后校正和超前校正的优点，即已校正系统响应速度较快，超调量较小，抑制高频噪声的性能也较好。当待校正系统不稳定，且要求校正后系统的响应速度、相角裕度和稳态精度较高时，采用滞后-超前校正比较适合。
滞后-超前校正器的传递函数可表示为： 其中： . =1, >1，. <1， 为网络的滞后部分， 为网络的超前部分。。
具有的设计条件
1．PC机一台，教学实验箱一台;，
计划学生数及任务
3人
（1）：明确课题功能。
（2）：把复杂问题分解为若干模块，确定各模块处理方法。
（3）：编制程序，根据流程图来编制源程序
（5）：调试和修改，直到程序运行结果正确为止。
计划设计进程
一、总体方案设计
二、控制系统的建模和数字控制器设计
三、软件设计
四、编写课程设计说明书，绘制完整的校正前后的Bode图和系统的阶跃响应曲线图。
参考文献
1．于海生计算机控制技术[M]北京：机械工业出版社，2007.6
2、王素青.基于MATLAB的滞后-超前校正器的设计[J].微计算机信息，2009，25（6-1）
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。
滞后超前校正控制器的设计.doc
滞后超前校正控制器的设计。
《计算机控制》课程设计报告主题:滞后-超前校正控制器设计名称:胡志峰学生编号: 100230105 XXXX 7月12日《计算机控制》课程设计作业学生编号100230105 1002301班胡志峰导师任谦主题滞后-超前校正控制器设计时间XXXX 7月5日至7月12日XXXX共需完成1周的设计任务:设置单元反馈系统的开环传递函数采用模拟设计方法设计滞后-将单元反馈系统的开环传递函数设为，采用模拟设计方法设计滞后:(1)时间到时，稳态误差不大于1/126；(2)开环系统截止频率rad/s；(3)相位裕量。
方案设计:1.完成控制系统的分析和设计；2.选择元件并完成电路设计。
控制器采用MCS- (2)开环系统截止频率RAD/S；(3)相位裕量。
方案设计:1.完成控制系统的分析和设计；2.选择元件并完成电路设计。
控制器采用单片机:1。
控制系统的仿真和设计步骤应包括数字控制器的性能曲线、采样周期的选择、脉冲传递函数和差分方程。
2.元件选择、电路设计和Protel原理图；3.带有详细注释的软件流程图和源程序；4.设计总结和经验；5.列出参考资料。
讲师签名:系主任(教研室)签字:7月5日，XXXX首先，实验目的被延迟了-2。
元件选择、电路设计，并绘制Protel 原理图；3.带有详细注释的软件流程图和源程序；4.设计总结和经验；5.列出参考资料。
讲师签名:系主任(教研室)签字:7月5日，XXXX(1)实验完成滞后:(1)当时间合适时，稳态误差不超过1/126；(2)开环系统截止频率rad/s；(3)相位裕量。
第四，实验4.1的具体步骤相位滞后超前校正控制器的连续设计校正方案主要包括串联校正、并联校正、反馈校正和前馈校正。
有两种主要方法来确定校准装置的结构和参数:分析和综合。
根据待校正系统的性能和给定的性能指标，分析方法首先选择合适的校正环节结构，然后利用校正方法确定校正环节的参数。
用解析法进行串联校正时，校正环节的结构通常采用超前校正、滞后校正和滞后-(2)开环系统截止频率rad/s；(3)相位裕量。
超前滞后控制器的校正
No.1
串联超前校正
超前校正控制器的设计
超前校正控制器的设计步骤
根据稳态误差要求，确定开环增益K；根据已确定的开环增益，画出待校正系统的对数频率特性曲线，并计算稳定裕度和截止频率；根据截止频率 的要求，计算超前网络参数α和T。在本步骤中，关键是选择最大超前角频率等于要求的系统截止频率，即 ，以保证系统的响应速度，并充分利用网络的相角超前特性。成立的条件是α,根据 T
滞后校正控制器的设计Leabharlann 030405
06
频域法设计滞后网络的步骤
例：
单位负反馈系统的开环传递函数为：设计指标： 校正后系统的静态速度误差系数Kv=30 ；开环系统截止频率ωc"≥2.3rad/s ；相位裕量γ"≥40°；幅值裕量h"≥10dB ；试设计串联校正装置。
解：1）按稳态误差要求，确定开环增益K画出待校正系统的对数频率特性曲线[-20][-60][-40]55
例：
解：1）按稳态误差要求，确定开环增益K
01
01
02
03
04
画出待校正系统的对数频率特性曲线
[-20]
[-40]
02
03
04
3）根据待校正系统的性能及设计要求，选择串联超前校正装置
[-20]
[-40]
2.2
8.8
4）验证已校正系统的相角裕度和幅值裕度是否满足要求
[-20]
[-40]
全部性能指标满足设计要求
验证已校正系统的相角裕度和幅值裕度是否满足要求。若不满足条件，返回上一步，一般使 值增大。
设计指标：稳态误差与相角裕度（或截止频率）校正原则：将超前校正网络的最大超前角频率ωm正好位于校正后系统的截止频率处。
自动控制原理课程设计串联超前滞后校正装置
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。
（2）掌握对控制系统相角裕度、稳态误差、剪切频率、相角穿越频率以及增益裕度的求取方法。
（3）掌握利用Matlab对控制系统分析的技能。
熟悉MATLAB这一解决具体工程问题的标准软件，能熟练地应用MATLAB软件解决控制理论中的复杂和工程实际问题，并给以后的模糊控制理论、最优控制理论和多变量控制理论等奠定基础。
（4）提高控制系统设计和分析能力。
（5）所谓校正就是在系统不可变部分的基础上，加入适当的校正元部件，使系统满足给定的性能指标。
校正方案主要有串联校正、并联校正、反馈校正和前馈校正。
确定校正装置的结构和参数的方法主要有两类，分析法和综合法。
分析法是针对被校正系统的性能和给定的性能指标，首先选择合适的校正环节的结构，然后用校正方法确定校正环节的参数。
在用分析法进行串联校正时，校正环节的结构通常采用超前校正、滞后校正和滞后-超前校正这三种类型。
超前校正通常可以改善控制系统的快速性和超调量，但增加了带宽，而滞后校正可以改善超调量及相对稳定度，但往往会因带宽减小而使快速性下降。
滞后-超前校正兼用两者优点，并在结构设计时设法限制它们的缺点。
二、设计要求(姬松)1．前期基础知识，主要包括MATLAB系统要素，MATLAB语言的变量与语句，MATLAB的矩阵和矩阵元素，数值输入与输出格式，MATLAB系统工作空间信息，以及MATLAB的在线帮助功能等。
2．控制系统模型，主要包括模型建立、模型变换、模型简化，Laplace变换等等。
3．控制系统的时域分析，主要包括系统的各种响应、性能指标的获取、零极点对系统性能的影响、高阶系统的近似研究，控制系统的稳定性分析，控制系统的稳态误差的求取。
4．控制系统的根轨迹分析，主要包括多回路系统的根轨迹、零度根轨迹、纯迟延系统根轨迹和控制系统的根轨迹分析。
5．控制系统的频域分析，主要包括系统Bode 图、Nyquist 图、稳定性判据和系统的频域响应。
用MATLAB进行控制系统的滞后-超前校正设计
自动控制原理课程设计说明书用MATLAB进行控制系统的滞后-超前校正设计姓名：学号：学院：专业：指导教师：2018年 1月目录1 滞后-超前校正设计目的和原理 (3)1.2 滞后-超前校正设计原理 (3)2 滞后-超前校正的设计过程 (4)2.1 校正前系统的参数 (4)2.1.1 用MATLAB绘制校正前系统的伯德图 (4)2.1.2 用MATLAB求校正前系统的幅值裕量和相位裕量 (5)2.1.3 用MATLAB绘制校正前系统的根轨迹 (6)2.1.4 对校正前系统进行仿真分析 (7)2.2 滞后-超前校正设计参数计算 (8)2.2.1 选择校正后的截止频率ωc (8)2.2.2 确定校正参数β、T1和T2 (8)2.3 滞后-超前校正后的验证 (9)2.3.1 用MATLAB求校正后系统的幅值裕量和相位裕量 (9)2.3.2 用MATLAB绘制校正后系统的伯德图 (10)2.3.3 用MATLAB绘制校正后系统的根轨迹 (10)2.3.4 用MATLAB对校正前后的系统进行仿真分析 (11)3 心得体会 (13)1 滞后-超前校正设计目的和原理校正就是在系统不可变部分的基础上，加入适当的校正元部件，使系统满足给定的性能指标。
校正方案主要有串联校正、并联校正、反馈校正和前馈校正。
确定校正装置的结构和参数的方法主要有两类：分析法和综合法。
分析法是针对被校正系统的性能和给定的性能指标，首先选择合适的校正环节的结构，然后用校正方法确定校正环节的参数。
在用分析法进行串联校正时，校正环节的结构通常采用超前校正、滞后校正和滞后-超前校正这三种类型。
超前校正通常可以改善控制系统的快速性和超调量，但增加了带宽，而滞后校正可以改善超调量及相对稳定度，但往往会因带宽减小而使快速性下降。
滞后-超前校正兼用两者优点，并在结构设计时设法限制它们的缺点。
1.2 滞后-超前校正设计原理滞后-超前校正RC网络电路图如图1所示。
自控课设串联滞后超前校正
目录绪论 (2)一课程设计的目的及题目 (3)1.1课程设计的目的 (3)1.2课程设计的题目 (3)二课程设计的任务及要求 (4)2.1课程设计的任务 (4)2.2课程设计的要求 (4)三校正函数的设计 (5)3.1理论知识 (5)3.2设计部分 (6)四传递函数特征根的计算 (10)4.1校正前系统的传递函数的特征根 .................. 错误!未定义书签。
4.2校正后系统的传递函数的特征根 .................. 错误!未定义书签。
五系统动态性能的分析.. (11)5.1校正前系统的动态性能分析 (12)5.2校正后系统的动态性能分析 (15)六系统的根轨迹分析............................... 错误!未定义书签。
6.1校正前系统的根轨迹分析 ........................ 错误!未定义书签。
6.2校正后系统的根轨迹分析 (20)七系统的奈奎斯特曲线图 (20)7.1校正前系统的奈奎斯特曲线图 (20)7.2校正后系统的奈奎斯特曲线图 ................... 错误!未定义书签。
2 八系统的对数幅频特性及对数相频特性 ............... 错误!未定义书签。
8.1校正前系统的对数幅频特性及对数相频特性 (22)8.2校正后系统的对数幅频特性及对数相频特性 ........ 错误!未定义书签。
总结............................................. 错误!未定义书签。
6参考文献.......................................... 错误!未定义书签。
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。
基于MATLAB进行控制系统的滞后-超前校正设计精选全文
可编辑修改精选全文完整版目录1 滞后-超前校正设计目的和原理 (1)1.1 滞后-超前校正设计目的 ............................................................................... 1 1.2 滞后-超前校正设计原理 ............................................................................... 1 2 滞后-超前校正的设计过程 .. (2)2.1 校正前系统的参数 (2)2.1.1 用MATLAB 绘制校正前系统的伯德图 .............................................. 3 2.1.2 用MATLAB 求校正前系统的幅值裕量和相位裕量 .......................... 3 2.1.3 用MATLAB 绘制校正前系统的根轨迹 .............................................. 4 2.1.4 对校正前系统进行仿真分析 ............................................................. 5 2.2 滞后-超前校正设计参数计算 .. (6)2.2.1 选择校正后的截止频率c ω ................................................................ 6 2.2.2 确定校正参数β、2T 和1T ................................................................. 6 2.3 滞后-超前校正后的验证 . (7)2.3.1 用MATLAB 求校正后系统的幅值裕量和相位裕量 .......................... 7 2.3.2 用MATLAB 绘制校正后系统的伯德图 .............................................. 8 2.3.3 用MATLAB 绘制校正后系统的根轨迹 .............................................. 9 2.3.4 用MATLAB 对校正前后的系统进行仿真分析 .. (10)3 心得体会.................................................................................................................. 12 参考文献 . (13)用MATLAB进行控制系统的滞后－超前校正设计1 滞后-超前校正设计目的和原理1.1 滞后-超前校正设计目的所谓校正就是在系统不可变部分的基础上，加入适当的校正元部件，使系统满足给定的性能指标。
滞后超前校正
一、实验目的完成滞后-超前校正控制關设计二、实验要求熟练学握MATLAB设计仿瓦、protel绘图、以及单片机汇編语言编程三、设计任务设单位反馈系统的开环传递函数为6；(J)= --------------------- ,采用模拟设+1)(—+1)10 60计法设计滞后-超前校正数字控制器，使校正后贰系统满足如下指标：(1)当/•= t时，稳态误差不大于1/126；(2)开环系统截止频率0A2O rad/s； (3)相角裕度y之35°・四、实验具体步骤(-)相位滞后超前校正的连续设计趙前校正的作用在于捉高系统的相对稳定性和响应的快速性，滞后校正的主要作用是在不影响系统暂态性能的前提下，提高低频段的增益，改善系统的稳态特性，而滿后超前校止环节则可以同时改善系统的哲态特性和稳态特性。
这种校正的实质是综合利用了滞后和超前校正的各自特点，利用其超前部分改善暂态特性，而利用滞后部分改善稳态特性，两者各司其职，相辅和成。
设单位反馈系统的开坏传递曲数为G(Q =------------------ - ------ •采用模拟设计X—+ 1)(—+ 1)10 60法设计滞后-趙前校正数字控制器，使校正后的系统满足如下指标：(1)当时，稳态谋差不大于1/126：(2)开环系统截止频漆◎上20 rad/s： (3)相角裕度八35°・(1)调整幵环增益K,使其满足稳态谋差要求K v =limsG o(30 = A'=126s—> 0按求得的开环增益K=126绘制Bode图如。
如图所示:由图上可以读出未校正系统的：剪切频率=32.5/77///J；相角裕度/… = -11.4 :幅值裕度心=-5.12勿＜0；求得ay = 24.5/W/J：以上计箕以及仿真结果可知，系统不稳定，需要进行校正，由于％附近频段内G# (s)的对数幅频渐枫线以-40dB/dec穿过OcB线，只加一个超前校正网络瓦相角超前量冇可能不足以满足相位裕度的要求，可以设想如果让中频段(叭。
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《计算机控制》课程设计报告题目: 滞后-超前校正控制器设计姓名: 胡志峰学号: 1002301052013年7月12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7 月5 日一、实验目的完成滞后 - 超前校正控制器设计二、实验要求熟练掌握 MATLAB 设计仿真滞后-超前校正控制器、运用Protel 设计控制器硬件电路图，以及运用MCS-51单片机C 或汇编语言完成控制器软件程序编程。
三、设计任务设单位反馈系统的开环传递函数为 )160)(110()(0++=ss s K s G ，采用模拟设计法设计滞后-超前校正数字控制器，使校正后的系统满足如下指标： (1) 当t r = 时，稳态误差不大于1/126； (2) 开环系统截止频率 20≥c ω rad/s ； (3) 相位裕度o 35≥γ 。
四、 实验具体步骤4.1 相位滞后超前校正控制器的连续设计校正方案主要有串联校正、并联校正、反馈校正和前馈校正。
确定校正装置的结构和参数的方法主要有两类：分析法和综合法。
分析法是针对被校正系统的性能和给定的性能指标，首先选择合适的校正环节的结构，然后用校正方法确定校正环节的参数。
在用分析法进行串联校正时，校正环节的结构通常采用超前校正、滞后校正和滞后-超前校正这三种类型。
超前校正的作用在于提高系统的相对稳定性和响应的快速性,滞后校正的主要作用是在不影响系统暂态性能的前提下,提高低频段的增益，改善系统的稳态特性，而滞后超前校正环节则可以同时改善系统的暂态特性和稳态特性。
这种校正的实质是综合利用了滞后和超前校正的各自特点，利用其超前部分改善暂态特性，而利用滞后部分改善稳态特性，两者各司其职，相辅相成。
(1)调整开环增益 K,使其满足稳态误差不大于1/126;00lim (s)126v s K s G K →===g(1)按求得的开环增益 K=126 绘制 Bode 图4-1所示：图4-1 校正前系统Bode 图图4-2 校正前系统阶跃响应图由图可知：未校正系统的 剪切频率: 032.5/c rad s ω= 相角裕度：011.4γ=-︒ 幅值裕度： 5.120g K dB =-< 相位裕度：24.5/g rad s ω=以上计算以及仿真结果可知，系统不稳定，需要进行校正，由于0c ω附近频段内0(s)G 的对数幅频渐近线以 -40dB/dec 穿过 0dB 线，只加一个超前校正网络其相角超前量有可能不足以满足相位裕度的要求 ， 可以设想如果让中频段(0c ω附近)衰减，再由超前校正发挥作用，则有可能满足指标要求，而中频段衰减正好可以用滞后校正完成。
因此决定采用滞后超前校正。
(2) 确定校正后的剪切频率 ：选取c ω的原则应兼顾快速性和稳定性，c ω过大会增加超前校正的负担，过小又会使频带过窄，影响快速性，结合具体情况：24.5/c g rad s ωω==(3) 确定滞后校正部分的参数 ：根据22111()510cT ωω==: 2 2.5/rad s ω=，取10β= 则有121=0.25/rad s T ωβ= 24T β=故滞后校正的传递函数为 21210.41(s)141s c s T s G T s β++==++ (2)(4)确定超前校正部分的参数 ：过点（24.5rad/s,-5.12dB ）做+20dB/dec 斜线与滞后校正部分交于3ω，与0dB线交于4ω，计算得35/rad s ω=，450/rad s ω=，故110.2,0.02TT β==，故超前部分校正的传递函数 12110.210.0211s c T s G T s β++==++ (3) 最后可得滞后超前校正网络的传递函数为 12(0.4s 1)(0.21)(4s 1)(0.02s 1)c c c s G G G ++==++ (4)(5)检验性能指标由于校正过程中，多处采用的是近似计算，可能会造成滞后-超前校正后得到的系统的传递函数不满足题目要求的性能指标。
所以需要对滞后-超前校正后的系统进行验证。
下面用MATLAB求已校正系统的相角裕量和幅值裕量。
图4-3校正后系统Bode图图4-4 校正后系统阶跃响应图图4-5 校正前后Bode 图比较图由图上可以读出校正后系统的：剪切频率:020.45/20/c rad s rad s ω=≥ 相角裕度:054.835γ=︒≥︒ 幅值裕度：13.7g K dB = 相位裕度：57.3/g rad s ω=假设验证结果不满足指标，重新选择校正后的截止频率，重复上述过程，直到满足性能指标为止。
通过校正后系统的伯德图得到的幅值裕度和相位裕度可以看出此次设计的滞后-超前校正装置在由于超前校正作用在中频段衰减，增大了相位裕度和带宽响应快速提高；同时由于系统的滞后校正改善了系统的稳定性，提高稳态精度，由于超前的作用不致使系统响应速度变缓，故校正器设计符合要求。
由上图可知通过滞后-超前校正器的校正系统达到稳定，且各项指标均达到要求。
事实上，可以充分的利用MATLAB 软件中的控制系统工具箱来解决控制中的一系列问题，可以大大提高分析和设计控制系统的效率。
本文作者创新点：给出了基于MATLAB 软件的滞后-超前校正器的设计过程并通过仿真实例验证了该方法比传统的方法节省了相当大的工作量，实现起来非常的方便。
4.2 Matlab程序%绘制校正前系统的Bode图和阶跃响应图K=126;n1=1;d1=conv([1 0],conv([0.1 1],[0.0167 1]));s1=tf(K*n1,d1);figure(1);margin(s1),hold on %绘制系统的Bode图figure(2);sys=feedback(s1,1);step(sys) %绘制系统的阶跃响应图%绘制校正后系统的Bode图和阶跃响应图G0=tf(126,conv([1 0],conv([0.1 1],[0.0167 1])));Gc1=tf([0.4 1],[4 1]);Gc2=tf([0.2 1],[0.02 1]);G=G0*Gc1*Gc2;figure(3);bode(G) %绘制闭环系统的Bode图margin(G),hold onT0=feedback(G0,1)T=feedback(G,1);figure(4);step(T); %绘制闭环系统的阶跃响应图K=126;n1=1; %将校正前后Bode画在同一张图上d1=conv([1 0],conv([0.1 1],[0.0167 1]));s1=tf(K*n1,d1);figure(1);margin(s1),hold on;G0=tf(126,conv([1 0],conv([0.1 1],[0.0167 1])));Gc1=tf([0.4 1],[4 1]);Gc2=tf([0.2 1],[0.02 1]);G=G0*Gc1*Gc2;figure(1);bode(G);margin(G),hold on;legend('校正前','校正后')4.3相位滞后-超前校正的离散化Simulink是可以用于连续、离散以及混合的线性、非线性控制系统建模、仿真和分析的软件包，并为用户提供了用方框图进行建模的图形接口，很适合于控制系统的仿真。
使用MATLAB 对滞后-超前控制器函数和校正后的开环传递函数进行离散化。
采用零极点匹配法, 采样时间为10ms ：图4-6 离散后系统阶跃响应图DzTransfer function:0.8159 z^2 - 1.572 z + 0.7569-----------------------------z^2 - 1.604 z + 0.605Sampling time (seconds): 0.01G0zTransfer function:0.01353 z^2 + 0.02706 z + 0.01353---------------------------------z^3 - 2.454 z^2 + 1.95 z - 0.4966Sampling time (seconds): 0.014.4 Matlab 程序%绘制离散系统阶跃响应图 s=tf('s');G0s=126/(s*(s/10+1)*(s/60+1));Ds=((0.4*s+1)*(0.2*s+1))/((4*s+1)*(0.02*s+1)); G0z=c2d(G0s,0.01,'matched'); Dz=c2d(Ds,0.01,'matched'); Gz=G0z*Dz; sys=feedback(Gz,1); step(sys,10);G0z=c2d(G0s,0.01,'matched'); Dz=c2d(Ds,0.01,'matched'); sys=feedback(Gz,1); step(sys,10);4.5 Matlab/Simulink 仿真离散控制器D(z)零阶保持器W(s)R(s)+--T图4-7 控制系统结构图图4-8 Simulink 仿真离散控制器图离散系统的阶跃响应图4-9 Simulink 仿真离散控制器系统阶跃响应图4.6 相位滞后超前校正的控制器差分方程设计由22(z)0.8159 1.5720.0756(z)(z)0.6040.605U z z D E z z -+==-+得出差分方程为： (k)0.8159E(k) 1.572E(k 1)0.0756E(k 2)0.604U(k 1)0.605(k 2)U U =--+-+-+-五.控制器电路设计5.1控制器的选择与电路设计AT89C51 提供以下标准功能：4k 字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM ，32 个I/O 口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。
同时，AT89C51可降至0Hz 的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。
空闲方式停止CPU 的工作，但允许RAM ，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。
掉电方式保存RAM 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。
该器件采用ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。
AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。