东南大学自动化自控原理实验六串联校正研究
自动控制原理61串联校正
6.2 典型校正装置 6.2.1 典型无源超前校正网络
超前校正网络的电路图如下图所示。图中，U1为
输入信号，U2为输出信号可。编辑ppt
12
如果输入信号源的内阻 为零，而输出端的负载阻抗 为无穷大，则无源超前网络 U1 的传递函数可写为
C
R1
R2
U2
1 1aTs Gc(s)a 1Ts
式中
a R1 R2 1 R2
器之前，串接于系统前向通道之中；反馈校正装置接 在系统局部反馈通道之中。
串联 校正
控制
对
器
象
反馈校正
6 可编辑ppt
前馈校正或顺馈校正，是在系统主反馈回路之外 采用的校正方式。这种校正方式的作用相当于对给定 值信号进行整形或滤波后，再送入系统；另一种前馈 校正装置接在系统可测扰动作用点与误差测量点之间， 对扰动信号进行直接或间接测量，并经变换后接入系 统，形成一条附加的对扰动影响进行补偿的通道。
Gr(s) G1(s)
可编辑ppt
G2(s)
G2(s)
9
在控制系统设计中，常用的校正方式为串联校正 和反馈校正两种。究竟选用哪种校正方式，取决于系 统中的信号性质、技术实现的方便性、可供选用的元 件、抗扰性要求、经济性要求、环境使用条件以及设 计者的经验等因素。
串联校正：装置简单，调整灵活，成本低。 反馈校正：其输入信号直接取自输出信号，校正 装置费用高，调整不方便，但是可以获得高灵敏度与 高稳定度。
速性期望更高。
3.改善系统性能的方法
在进行系统设计时，常常遇到初步设计出来的系统
不能满足已给出的所有性能可编指辑p标pt 的要求。
3
L()/dB
()
180
如下图系统开环伯德图:
自动控制实验—控制系统串联校正
控制系统串联校正一、实验目的1．了解和掌握串联校正的分析和设计方法。
2．研究串联校正环节对系统稳定性及渡过程的影响。
二、实验内容1.设计串联超前校正，并验证。
2.设计串联滞后校正，并验证。
三、实验步骤1．熟悉 HHMN-1 电子模拟机的使用方法。
将各运算放大器接成比例器，通电调零。
断开电源，按照系统结构图和传递函数计算电阻和电容的取值，并按照模拟线路图搭接线路，不用的运算放大器接成比例器。
2．将 D/A1 与系统输入端 Ui 连接，将 A/D1 与系统输出端 Uo连接。
3．在 Windows XP 桌面用鼠标双击“MATLAB”图标后进入，在命令行处键入“autolab”进入实验软件系统。
4．在系统菜单中选择实验项目，选择“实验三”，在窗口左侧选择“实验模型”。
5．分别完成不加校正，加入超前校正，加入滞后校正的实验。
6．绘制以上三种情况时系统的波特图。
7．采用示波器（Scope）观察阶跃响应曲线。
观测实验结果，记录实验数据，绘制实验结果图形，完成实验报告。
四、实验设备1．HHMN1-1 型电子模拟机一台。
2．PC 机一台。
3．数字式万用表一块。
五、数据分析1.校正环节传递函数超前校正Gc (s)=aTS+1(a>1)TS+1给定a=2.44 , T=0.26 ，则Gc (s)=0.63S+10.26S+1滞后校正Gc (s)=bTS+1(b<1)TS+1给定b=0.12 , T=83.33，则Gc (s)=10S+183.33S+12.系统模拟运算电路图，各电阻、电容取值图1 控制系统传递函数图2 系统模拟电路图各原件参数取值如下表：表格 1 参数取值1若实验中不用第一个运算放大器，则各元件参数取值如下表：表格 2 参数取值23.校正前后阶跃响应曲线和波特图图表 3 校正前阶跃响应曲线图表 4 校正前波特图图表 5 超前校正阶跃响应曲线图表 6 超前校正波特图图表7 滞后校阶跃响应曲线图表8 滞后校正波特图4.计算截止频率和稳定裕度表格 3 截止频率和稳定裕度实验值5.分析实验结果（1）超前校正提供一个超前相角，闭环系统的相角裕度增大，系统的快速性和稳定性得以提高；（2）滞后校正使得幅值增益衰减，从而提高系统稳态精度和稳定性，但是降低了系统的快速性。
自动控制_06c串联校正
2 ts 2 1.5M r 1 2.5M r 1 15.4s c
满足性能指标。
计算原系统 的相角裕度 γ 和截止频率 c ③ 根据校正后截止频率ωc''的要求,计算超前
网络参数a和T 。
,由 L(c 关键：选 m c ) Lc (m ) 10lg a
求得a, 再由 T 1 / m a 确定T值。
④ 验算已校正系统的相角裕度。
3.例6－3 见P 237
L(dB)
20dB/ dec
20lg
0
1 T
m 1 T
( )
90
m
0
若取校正后的截止频率 c 位于1和2之间，并且 20 lg GH 在c处的斜率是 40dB / dec，那么20 lg G Gc 在c处的斜率是 20dB / dec，可以使系统闭环稳定 并具有满意的稳定裕度 。这是超前补偿网络最 主要的功能。 当 2时， 20 lg Gc 20 lg a 0， 20 lg GH 向上平移20 lg a 就得到20 lg G Gc 。
例6 4.见240页例题
例6-5 设单位反馈系统的开环传递函数为
K G( s) s(0.1s 1)
试设计串联校正装置，使系统满足：K≥100
45
补充：若已知单位负反 馈系统的开环传递函数 1 为G ( s ) ，要求系统的静态速度 误差 s (0.5s 1) 系数K v 10，相角裕度 45，试设计串联校正 装置。
18o , 3.08
4.4, h 49.7 , c
自动控制实验报告五-连续系统串联校正
自动控制实验报告五-连续系统串联校正实验介绍本次实验是针对连续系统的串联校正实验，目的是使控制系统能够精确地跟踪给定输入信号。
具体地，要求通过串联校正的方式，将系统的稳态误差控制在一个很小的范围内。
为此，本次实验将对校正器进行串联配置，然后测试系统并进行基本的数据分析。
实验原理首先，需要明确串联校正的概念。
所谓串联校正，就是将校正器和系统连接起来，以提高控制系统的性能。
串联校正实现的基本思想是，先将校正器的控制信号与系统输入信号串联起来，通过对校正器进行调整，来改变系统的特性，以便使系统的输出信号与给定输入信号精确匹配。
具体来说，要完成串联校正，需要如下步骤：1.测量系统的开环特性，并进行基本的分析。
2.将校正器和系统进行串联，校正器的输出信号作为输入信号，系统的输出信号作为反馈信号。
3.根据反馈信号调整校正器的参数，使系统具有更好的稳态性能。
4.再次测量系统的闭环特性，检验串联校正后的效果。
具体的实现步骤和公式可参考连续系统校正实验报告。
实验过程实验步骤1.首先进行系统的稳态误差测量，记录输出信号与给定信号之间的稳态误差。
2.将校正器与系统进行串联，根据实验要求设定校正器的参数。
3.测试校正后的系统，记录输出信号与给定信号之间的稳态误差，与前一次进行对比。
实验结果实验结果如下表所示：测量项目原始系统校正后系统稳态误差0.2 0.02由上表可知，经过串联校正后，系统的稳态误差从0.2减少到了0.02，已经达到了实验的预期。
实验通过本次实验，我们掌握了连续系统的串联校正方法，了解了校正器与系统的串联关系，掌握了相应的实验操作和数据分析技术。
同时，我们还了解了校正器的参数调整对系统运行性能的影响，并进一步提高了自己的实际操作能力。
自动控制原理61串联校正
艺设备。然而，相当多的场合还是先给定受控对象，之
后进行系统设计。但无论如何，对受控对象要作充分的
了解是不容置疑的。
了解对象的工作原理和特点，如哪些参数需要控制
，哪些参数能够测量，可通过哪几个机构进行调整，对
象的工作环境和干扰等等。
2
2.性能指标
自动控制系统是根据它所完成的具体任务设计的。
任务不同，对自动控制系统性能的要求也不同。
L()/dB
1/T 0
1/bT c
20dB/dec
20lgb
()
m
0
m
22
6.2.3 典型无源滞后--超前校正网络
滞 后 -- 超 前 校 正 网 络
的电路图如下图所示。图
中 ， U1 为 输 入 信 号 ， U2 为 输出信号,如果输入信号源
U1
的内阻为零，负载阻抗为
无穷大，则无源迟后校正
网络的传递函数可写为
其它参数都是比较困难的。这样就得在原系统的基础
上采取另外一些措施，即对系统加以“校正”。
所谓的“校正”，就是在原系统中加入一些参数
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。这一附加
的装置称为校正装置。
5
加入校正装置后使未校正系统的缺陷得到补偿，这 就是校正的作用。
择已校正系统的开环增益来保证。用频域法设计无源
超前网络的步骤如下：
(1) 根据稳态误差要求，确定开环增益K；
(2)利用已确定的开环增益，计算未校正系统的
相角裕度；
31
(3) 计算校正后c和校正装置参数a。 如果对校正后系统的截止频率c已提出要求，则可 选定c。在伯德图上查得未校正系统的L(c)值。取m =c，充分利用网络的相角超前特性，则
自动控制原理实验报告-线性系统串联校正设计
实验五线性系统串联校正设计实验原理：（1）串联校正环节原理串联校正环节通过改变系统频率响应特性，进而改善系统的动态或静态性能。
大致可以分为（相位）超前校正、滞后校正和滞后-超前校正三类。
超前校正环节的传递函数如下Tαs+1α(Ts+1),α>1超前校正环节有位于实轴负半轴的一个极点和一个零点，零点较极点距虚轴较近，因此具有高通特性，对正频率响应的相角为正，因此称为“超前”。
这一特性对系统的穿越频率影响较小的同时，将增加穿越频率处的相移，因此提高了系统的相位裕量，可以使系统动态性能改善。
滞后校正环节的传递函数如下Tαs+1Ts+1,α<1滞后校正环节的极点较零点距虚轴较近，因此有低通特性，附加相角为负。
通过附加低通特性，滞后环节可降低系统的幅值穿越频率，进而提升系统的相位裕量。
在使系统动态响应变慢的同时提高系统的稳定性。
（2）基于Baud图的超前校正环节设计设计超前校正环节时，意图让系统获得最大的超前量，即超前网络的最大相位超前频率等于校正后网络的穿越频率，因此设计方法如下：①根据稳态误差要求确定开环增益。
②计算校正前系统的相位裕度γ。
③确定需要的相位超前量：φm=γ∗−γ+(5°~12°) ，γ∗为期望的校正后相位裕度。
④计算衰减因子：α−1α+1= sin φm。
此时可计算校正后幅值穿越频率为ωm=−10lgα。
⑤时间常数T =ω√α。
（3）校正环节的电路实现构建待校正系统，开环传递函数为：G(s)=20s(s+0.5)电路原理图如下：校正环节的电路原理图如下：可计算其中参数：分子时间常数=R1C1，分母时间常数=R2C2。
实验记录：1.电路搭建和调试在实验面包板上搭建前述电路，首先利用四个运算放大器构建原系统，将r(t)接入实验板AO+和AI0+，C(t)接入AI1+，运算放大器正输入全部接地，电源接入±15V，将OP1和OP2间独立引出方便修改。
基于另外两运算放大器搭建校正网络，将所有电容值选为1uF，所有电阻引出方便修改。
自动控制原理6.3 串联校正
10lg
1
，所对应的
就是
' c
，且 m
'。
c
§6—3 串联校正
4） 1
1 T
，m
1
T
，2
1
T
,
1
m
c' ,
2
m
c'
s
1
Gc s
1
s
1
Ts 1
Ts 1
2
5）画 Lc、L'、c、 ' 曲线。
1 sin 350 1 sin 350
1 0.57 1 0.57
0.27
则10lg 1
5.6db ，在L 上量
5.6db
所对
L
0
( )
db
-20 -20
1 c
1
'
2
c
+20
-40
-40
m
0
90
0
m '
校正装置
校正后系统
Gk s
100.45s 1 ss 10.12s 1
§6—3 串联校正
' 1800 c1 1800 900 tg10.45 4.3 tg14.3
tg1 0.12 4.3 900 62.70 76.90 27.30 48.50 450
3、步骤：
1）根据ess确定K；
2）根据K、υ绘制原系统的 L、，确定未校正
实验 自动控制原理实验指导书
自动控制原理实验指导书吴鹏松编班级学号姓名2012 年 3 月前言自动控制原理实验是自动化类学科的重要理论课程实验。
本科自动控制原理分为经典控制理论和现代控制理论基础两部分，自动控制原理实验主要是针对经典控制理论的实验，采用的运算电路来进行的。
现代控制理论实验由于模型比较复杂，采用MATLAB软件进行数字仿真实验。
离散控制系统实验与计算机控制系统实验是有很大区别的，不能简单的认为在自动控制原理实验箱上就能进行计算机控制系统实验。
自动控制原理实验预习时需要对电路图进行理论分析和综合，可以借助MATLAB软件进行辅助分析和综合。
自动控制原理实验指导书不包括实验箱和实验软件的使用说明，相关的内容参考实验软件LABACT软件中的帮助文件。
由于作者水平有限，书中错误之处在所难免，恳请广大师生及读者提出宝贵意见及建议。
编者目录实验一典型环节的模拟研究实验二二阶系统特征参数对系统性能的影响实验三典型系统的动态特性与稳定性测试实验四开环增益与零极点对系统性能的影响实验五典型系统的频率特性测试实验六线性系统的串联校正实验七A/D与D/A 转换及零界阶保持器实验八离散控制系统动态性能和稳定性的混合仿真研究实验九非线性系统的相平面法分析实验十非线性系统的描述函数法分析附录1 教学考核方法附录2 实验课安排时间要求实验一 典型环节的模拟研究一．实验目的1．通过搭建典型环节模拟电路，熟悉并掌握自动控制综合实验台的使用方法。
2．熟悉各种典型环节的的阶跃响应。
3．研究参数变化对典型环节阶跃响应的影响。
4．掌握ACES 软件的使用方法。
二．实验仪器1．自动控制综合实验箱 2．计算机 3．LABACT 软件三．实验内容1．观察比例环节的阶跃响应曲线典型比例环节模拟电路如图1-1所示，比例环节的传递函数为： K s U s U i =)()(0图1-1 典型比例环节模拟电路(1) 比例系数（放大倍数）选取： A ．当K=1、K=2、K=5时，分别观测阶跃响应曲线，并记录输入信号输出信号波形；B ．比例放大倍数 K=R2/R1；(2) 阶跃信号设置：阶跃信号的幅值选择1伏（或5伏）(3) 连接虚拟示波器：A ．将输入阶跃信号用排题线与示波器通道CH1相连接；B ．将比例环节输出信号（实验电路A2的“OUT2”）与示波器通道CH2相连接。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
东南大学自动化学院
实验报告
课程名称：自动控制实验
实验名称：实验六串联校正研究
院（系）：自动化专业：自动化
姓名：吕阳学号： 080111 实验室：实验组别：
同组人员：实验时间：2013年 12 月 20 日评定成绩：审阅教师：
一、实验目的：
（1） 熟悉串联校正的作用和结构
（2） 掌握用Bode 图设计校正网络
（3） 在时域验证各种网络参数的校正效果
二、预习与回答：
（1） 写出原系统和四种校正网络的传递函数，并画出它们的Bode 图，请预先得出各种校
正后的阶跃响应结论，从精度、稳定性、响应时间说明五种校正网络的大致关系。
答：G 1（s ）=12.01+s G 2（s ）= 1
41+s G 3（s ）=0.110.001 1.01
s s ++ G 4（s ）=s s 12.0+ 原系统Bode 图如下：
G （1）Bode 图如下：
由G1（s）的Bode图可知，该校正能够将系统的截止频率减小，并且相位滞后，则会使系统的相角裕度小于0，从而使系统的响应时间变长，稳定性变差，并且低频段的斜率为0，系统稳态性能差，误差大。
G（1）接入系统时，系统Bode图如下：
G（2）Bode图如下：
由G2（s）的Bode图可知，该校正环节造成高频衰减，使截止频率减小，从而条件时间变长；又由于该滞后环节被安排在低频段，远离截止频率，因此可以使得相角裕度为正值，从而系统稳定。
传递函数为0型，因此对阶跃信号的跟踪有一定误差。
G（2）接入系统时，系统Bode图如下：
G（3）Bode图如下：
由G3（s）的Bode图可知，该校正环节为超前校正，它会增大开环截止频率和系统带宽，其超前相位又能补偿原系统中的元件造成的相位滞后，最大超前角频率在开环截止频率附近，是系统相角裕度增大，从而改善了系统的瞬态性能，调节之间变短。
相对稳定性增大。
但对阶跃的跟踪仍然存在误差。
G（3）接入系统时，系统Bode图如下：
G（4）Bode图如下：
由G4（s）的Bode图可知，PID控制中低频段主要是滞后环节起作用，提高系统的无差度阶次，减少稳态误差；中高频段主要是超前环节起作用，增大截止频率和相角裕度，提高响应速度。
G（4）接入系统时，系统Bode图如下：
（2） 若只考虑减少系统的过渡时间，你认为用超前校正还是用滞后校正好？
答：超前校正能够将原开环系统的频率特性上调一定的高度，从而增大截止频率，因此用超前好。
（3） 请用简单的代数表达式说明用Bode 图设计校正网络的方法
答：1.根据系统对稳态误差的要求确定校正增益Kc ，并画出未校正的伯德图
2.求出为校正系统的相角裕度γ’,若γ-γ’<0，或γ-γ’>65°，则不应采用超前校正
3.根绝瞬态指标选择截止频率，计算校正环节时间常数T 和T
其中C(s)= 11'++Ts Ts c K αα,T=α
c w 1
4.若不能采用超前校正，则根据相角裕度重新选择截止频率，该频率处有）︒︒++︒-=∠12~5(180)(γc jw KcP ，算出未校正系统该处的幅值，由此求出，得到
C(s)= 1
1'++Ts Ts c K β，T=10/c w 三、实验原理：
（1）本校正采用串联校正方式，即在原被控对象串接一个校正网络，使控制系统满足性能指标。
由于控制系统是利用期望值与实际输出值的误差进行调节的，所以，常常用“串联校正”调节方法，串联校正在结构上是将调节器Gc(S)串接在给定与反馈相比误差之后的支路上，见下图。
设定校正网络Gc(S) 被控对象H(S)
工程上，校正设计不局限这种结构形式，有局部反馈、前馈等。
若单从稳定性考虑，将校正网络放置在反馈回路上也很常见。
（2）本实验取三阶原系统作为被控对象，分别加上二个滞后、一个超前、一个超前-滞后四种串联校正网络，这四个网络的参数均是利用Bode图定性设计的，用阶跃响应检验四种校正效果。
由此证明Bode图和系统性能的关系，从而使同学会设计校正网络。
四、实验设备：
THBDC-1实验平台
THBDC-1虚拟示波器
五、实验线路：（见后图）
六、实验步骤：
（1）不接校正网络，即Gc(S)=1，如总图。
观察并记录阶跃响应曲线，用Bode图解释；答：系统振荡并趋于稳定。
（2）接人参数不正确的滞后校正网络，如图4-2。
观察并记录阶跃响应曲线，用Bode图解释；
答：由Bode图可知，该校正能够将系统的截止频率减小，并且相位滞后，则会使系统的相角裕度小于0，从而使系统的响应时间变长，稳定性变差，并且低频段的斜率为0，系统稳态性能差，误差大。
阶跃响应曲线不稳定。
（3）接人滞后校正网络，如图4-3。
观察并记录阶跃响应曲线，用Bode图解释；
答：由Bode图可知，该校正环节造成高频衰减，使截止频率减小，从而条件时间变长；又由于该滞后环节被安排在低频段，远离截止频率，因此可以使得相角裕度为正值，从而系统稳定。
传递函数为0型，因此对阶跃信号的跟踪有一定误差。
（4）接人超前校正网络，如图4-4。
观察并记录阶跃响应曲线，用Bode图解释；
答：由G3（s）的Bode图可知，该校正环节为超前校正，它会增大开环截止频率和系统带宽，其超前相位又能补偿原系统中的元件造成的相位滞后，最大超前角频率在开环截止频率附近，是系统相角裕度增大，从而改善了系统的瞬态性能，调节之间变短。
相对稳定性增大。
但对阶跃的跟踪仍然存在误差。
（5）接人混合校正网络，如图4-5，此传递函数就是工程上常见的比例-积分-微分校正网络，即PID调节器。
观察并记录阶跃响应曲线，用Bode图解释；
答：由G4（s）的Bode图可知，PID控制中低频段主要是滞后环节起作用，提高系统的型，减少稳态误差；中高频段主要是超前环节起作用，增大截止频率和相角裕度，提高响应速度。
误差很小。
（本资料素材和资料部分来自网络，仅供参考。
请预览后才下载，期待您的好评与关注！）。