控制系统的滞后校正设计
滞后校正
学号：0121111360725课程设计用MATLAB进行控制系统的滞题目后校正设计学院自动化专业自动化班级自动化1102姓名姚望指导教师谭思云2013 年12 月27 日课程设计任务书学生姓名： 姚望 专业班级： 自动化1102 指导教师： 谭思云 工作单位： 自动化学院题 目: 用MATLAB 进行控制系统的滞后校正设计。
初始条件：已知一单位反馈系统的开环传递函数是)1)(1.01()(s s s Ks G ++=要求系统的静态速度误差系数1100-=s K v ， 45≥γ，并且幅值裕度不小于10分贝。
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 作出满足初始条件的K 值的系统伯德图，计算系统的幅值裕度和相位裕度。
2、系统前向通路中插入一相位滞后校正，确定校正网络的传递函数，并用MATLAB 进行验证。
3、用MATLAB 画出未校正和已校正系统的根轨迹。
4、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：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 (1)1．正特性及校正方法 (2)1.1滞后校正特性 (2)1.2滞后校正设计的一般步骤与方法 (2)2．未校正时系统分析 (4)2.1伯德图绘制 (4)2.2未校正系统的相位裕度和幅值裕度 (5)3. 确定滞后校正传递函数 (6)4.系统校正前后根轨迹图 (8)4.1未校正系统根轨迹图 (8)4.2校正后系统根轨迹图 (9)5.心得体会 (11)参考文献 (12)滞后校正的基本原理是利用滞后网络的高频幅值衰减特性使系统截止频率下降，从而使系统获得足够的相位裕度。
自控原理超前滞后校正
定常系统的频率法超前校正1问题描述用频率法对系统进行校正，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，从而提高系统的稳定性，致使闭环系统的频带扩展，以达到改善系统暂态响应的目的。
但系统频带的加宽也会带来一定的噪声干扰，为了系统具有满意的动态性能，高频段要求幅值迅速衰减，以减少噪声影响。
2设计过程和步骤2.1题目 已知单位反馈控制系统的开环传递函数：设计超前校正装置，使校正后系统满足：2.2计算校正传递函数（1）根据稳态误差的要求，确定系统的开环增益K则解得100k =（2）由于开环增益100k =,在MATLAB 中输入以下命令：z=[ ] ;p=[0,-10,-100];k=100000;[num,den]=zp2tf(z,p,k);[mag,phase,w]=bode(num,den);margin(mag,phase,w);则可得未校正系统的伯德图如图1所示：图1 校正前系统的伯德图由图中可以看出相位裕量角为061.1（3）谐振峰值为%0.161 1.250.4r M σ-=+=， 给定系统的相位裕量值1arcsin()53.1301r M γ==，由于未校正系统的开环对数幅频特性在剪切频率处的斜率为40/db dec -，一般取005~10ε=，在这里取为10,超前校正装置应提供的相位超前量φ，即:5201.611061.11301.531=+-=+-==εγγφφmε是用于补偿因超前装置的引入，使系统的剪切频率增大而增加的相角迟后量。
（4）根据所确定的最大相位超前角m φ，按下式计算相应的α（5）计算校正装置在m w 处的幅值110log α。
由于校正系统的对数幅频特性图，求得其幅值为110log α-处的频率，该频率m φ就是校正后系统的开环剪切频率c w ，即76.80==m c ωω（6）确定校正网络的转折频率和1ω、2ω4946.200644.076.8011=⨯===αωωm T ，（7）画出校正后系统的伯德图，并验算相应的相位裕量是否满足要求？如果不满足，则改变ε值，从步骤（3）开始重新进行计算。
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。
滞后校正设计自动控制原理
总是 由性
态误差
能指
标出 期望相位
发
裕度pmd
K
绘制KG(s)的Bode图
若pm>pmd
则设计结束
实际的相
位裕度pm
第7页/共38页
Bode图法设计滞后校正网络
3. Bode图法滞后校正设计的前提
R(s)
Y (s)
Gc (s)
G(s)
滞后校正网络传递函数：
Gc (s)
K(s z) s p
滞后校 正前提
校正前 校正后
pm 450
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Bode图法设计滞后校正网络
5. 频域滞后校正特点
① 改善系统稳态性能 滞后校正设计主要利用增益衰减的特性，故误
差系数增大，稳态误差变小 ② 响应速度变慢
使系统截止频率前移，导致动态响应速度变慢。 ③ 提高系统的相对稳定性
使系统相角裕度增大，保证了系统的稳定性。 ④ 抗干扰能力提高
第26页/共38页
作业
复习教材中“滞后校正设计”实例，掌握Bode图设计校正网 络方法，自学根轨迹设计校正网络方法
第28页/共38页
根轨迹法设计滞后校正网络
1. 根轨迹法设计串联校正网络的思路
闭环主导极点
系统期望的性能指标
经过： 确定K 引
入
不经过 校
正 网 络
未校正系统的根轨迹
添加 新的 开环 零极 点
取 z= -0.1 ，p= -0.1/8
第34页/共38页
根轨迹法设计滞后校正网络
校正后系统的传递函数为
Gc (s)GH
(s)
s(s
5(s 0.1) 2)(s 0.0125 )
其中：
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. 学生能够理解并掌握“超前滞后校正”的概念，了解其在控制系统中的应用。
2. 学生能够描述超前滞后校正对系统性能的影响，如稳定性、快速性和平稳性。
3. 学生能够运用数学工具分析超前滞后校正的设计方法和参数调整。
技能目标：1. 学生能够运用模拟软件进行超前滞后校正的设计和仿真。
2. 学生能够通过小组合作，解决与超前滞后校正相关的问题，并提出优化方案。
3. 学生能够运用图表、数据和文字，清晰、准确地表达校正前后的系统性能变化。
情感态度价值观目标：1. 学生能够认识到学习自动控制原理在实际生活和工业中的重要性，增强学习兴趣。
2. 学生能够培养团队协作精神，学会倾听他人意见，尊重他人观点。
3. 学生能够树立正确的科学态度，勇于面对挑战，善于从失败中汲取教训，不断提高自身能力。
课程性质分析：本课程为自动控制原理的相关内容，通过讲解超前滞后校正，使学生了解控制系统性能优化的方法。
学生特点分析：学生具备一定的数学基础和控制理论基础知识，具有较强的逻辑思维能力和动手能力。
教学要求：1. 结合实际案例，激发学生学习兴趣，注重理论与实践相结合。
2. 通过小组讨论、实验操作等形式，培养学生团队协作能力和实际操作能力。
3. 注重过程评价，关注学生在学习过程中的表现，及时给予指导和鼓励。
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：- 控制系统稳定性分析：回顾控制系统稳定性判据，如劳斯-赫尔维茨准则。
- 超前滞后校正原理：讲解超前滞后校正的概念、作用和分类。
- 校正参数设计：介绍超前滞后校正参数的设计方法，如根轨迹法、波特图法等。
2. 实践操作：- 软件仿真：使用MATLAB等软件，进行超前滞后校正的设计与仿真。
- 实验分析：通过实验设备，观察校正前后控制系统性能的变化，如阶跃响应、冲击响应等。
3. 教学案例：- 分析实际工业控制系统中应用超前滞后校正的案例，如电机转速控制、温度控制等。
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。
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。
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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 2013
2.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 20
210)(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。
任务：（1）设计一个滞后校正装置，使系统满足上述性能指标；
（2）画出系统在矫正前后的奈奎斯特曲线和伯德图；
（3）用Matlab 画出校正前后的阶跃响应曲线，并根据曲线分析系统的动态性能指标；
（4）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，说明书的格式按教务处标准书写。
3. 设计原理
对于所给出的系统进行分析可以知道，校正前的系统是稳定的，调节时间与相角裕度两项性能指标都满足设计要求，只有单位阶跃输入的稳态误差过大，需要通过矫正使它由3
2变得小于0.1。
对于该系统，由于无差度v=0，可知单位阶跃响应下的稳态误差e ss (∞)=p
K 11+。
为了减小稳态误差，必须增大稳态位置误差系数K p 。
由于K p =)(lim s G s ∞
→，得知设计的滞后校正装置必须能够使稳态误差系数增大。
由于滞后校正装置的传递函数Ts
aTs ++11 a<1，它的幅频特征曲线如图一所示。
串联进前向通道后能够降低系统的截止频率，提高系统的向位裕度，改善系。