控制系统串联校正
自动控制原理--常用校正方式及基本控制规律
PID -- Proportional-Integral-Derivative 比例-积分-微分
P – 反映误差信号的瞬时值大小，改变快速性；
I – 反映误差信号的累计值，改变准确性；
D – 反映误差信号的变化趋势，改变平稳性。
(1) 比例(P)控制规律
R(s) E(s)
M(s)
Gc (s) K p m(t) K pe(t)
复合控制的基本原理：实质上，复合控制是一种按不 变性原理进行控制的方式。不变性原理是指在任何输入下， 均保证系统输出与作用在系统上的扰动完全无关，使系统 输出完全复现输入。
复合校正的基本思想：对提高稳态精度与改善动态性 能这两部分分别进行综合。根据动态性能要求综合反馈控 制部分，根据稳态精度要求综合顺控补偿部分，然后进行 校验和修改，直到获得满意的结果。这就是复合控制系统 综合校正的分离原则。
能。
13
(4) 比例-积分-微分(PID)控制规律
R(s)
E(s) B(s)
K
p
(1
Td
s
1 Ti s
)
M(s)
图 6-6 PID控制器
m(t)
K
pe(t)
Kp Ti
t
e( )d
0
K pTd
de(t) dt
Gc (s)
K p (1 Td s
1 Ti s
)
Kp Ti
(T1s
1)(T2s 1) s
图 6-34 按输入补偿的复合控制系统
实现输出完全复现输入(即Cr(s)=R(s))的全补偿条件
Gr
(s)
1 G0 (s)
➢按不变性原理求得的动态全补偿条件，往往难于实
现。通常，只能实现静态(稳态)全补偿或部分补偿。
串联超前校正和滞后校正的不同之处
串联超前校正和滞后校正的不同之处在控制系统中，超前校正和滞后校正是两种常见的校正方法。
它们都是为了提高系统的稳定性和性能而采取的措施。
然而，它们的实现方式和效果却有很大的不同。
本文将从理论和实践两个方面，分别探讨串联超前校正和滞后校正的不同之处。
一、理论分析1. 超前校正超前校正是指在控制系统中，通过提前控制信号的相位，使得系统的相位裕度增加，从而提高系统的稳定性和响应速度。
具体来说，超前校正是通过在控制信号中加入一个比例项和一个积分项，来提高系统的相位裕度。
这样，系统就能更快地响应外部干扰和变化，从而提高系统的性能。
2. 滞后校正滞后校正是指在控制系统中，通过延迟控制信号的相位，使得系统的相位裕度减小，从而提高系统的稳定性和抗干扰能力。
具体来说，滞后校正是通过在控制信号中加入一个比例项和一个微分项，来减小系统的相位裕度。
这样，系统就能更好地抵抗外部干扰和变化，从而提高系统的性能。
二、实践应用1. 超前校正超前校正在实践中的应用非常广泛。
例如，在电力系统中，超前校正可以用来提高电力系统的稳定性和响应速度。
在机械控制系统中，超前校正可以用来提高机械系统的精度和响应速度。
在化工生产中，超前校正可以用来提高化工生产的稳定性和生产效率。
2. 滞后校正滞后校正在实践中的应用也非常广泛。
例如，在飞行控制系统中，滞后校正可以用来提高飞行器的稳定性和抗干扰能力。
在汽车控制系统中，滞后校正可以用来提高汽车的稳定性和安全性。
在医疗设备中，滞后校正可以用来提高医疗设备的精度和稳定性。
总之，串联超前校正和滞后校正是两种常见的校正方法，它们都是为了提高系统的稳定性和性能而采取的措施。
然而，它们的实现方式和效果却有很大的不同。
在实践中，我们需要根据具体的应用场景和需求，选择合适的校正方法，以达到最佳的控制效果。
串联超前校正的作用
串联超前校正的作用1. 引言串联超前校正是一种用于改善系统的控制性能的技术。
在控制系统中，超前校正是指在控制器的输出中引入一个超前补偿器，以提高系统的稳定性和响应速度。
串联超前校正的作用是通过引入一个超前补偿器来改善系统的响应特性，使得系统能够更快地达到稳定状态并具有更好的稳定性。
2. 超前补偿器的原理超前补偿器是一种控制器，它通过引入一个超前传递函数来改变系统的相位特性。
超前传递函数通常具有一个或多个零点，这些零点位于系统的传递函数的左半平面。
通过引入这些零点，超前补偿器可以提前增加系统的相位，从而改善系统的稳定性和响应速度。
超前补偿器的传递函数通常表示为：Gc(s) = Kc * (Ts + 1) / (αTs + 1)其中，Kc是增益，Ts是一个时间常数，α是超前补偿器的增益调节参数。
3. 串联超前校正的作用串联超前校正通过在控制系统中添加超前补偿器来改善系统的性能。
它的作用主要体现在以下几个方面：3.1 提高系统的稳定性超前补偿器通过引入一个或多个零点来改变系统的相位特性。
这些零点位于系统的传递函数的左半平面，可以提前增加系统的相位。
通过增加系统的相位，超前补偿器可以提高系统的稳定性，减小系统的相位裕度，使得系统对参数变化和扰动的抵抗能力更强。
3.2 加快系统的响应速度超前补偿器的引入可以提高系统的相位裕度，从而加快系统的响应速度。
相位裕度是指系统在幅频特性曲线上的相位与-180°的差值。
通过增加系统的相位裕度，超前补偿器可以使系统更快地达到稳定状态，并且减小系统的超调量和响应时间。
3.3 改善系统的跟踪性能超前补偿器可以通过增加系统的相位来改善系统的跟踪性能。
在控制系统中，跟踪性能是指系统对参考输入信号的跟踪能力。
通过引入超前补偿器，系统可以更快地跟踪参考输入信号，并且减小跟踪误差。
3.4 抑制系统的振荡在一些具有较高增益的系统中，可能会出现振荡现象。
超前补偿器可以通过改变系统的相位特性来抑制系统的振荡。
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。
运用MATLAB进行控制系统串联校正装置的设计
要求 。 个办法即是相位滞后校正 。 这
２串联超前 网络校正
某单位负反馈系统开环传递函数为： Ｇ（ ） ／ ＝ Ｓ
（ １， ＋ ）要求 系统在 单位 斜坡输入 信号 作用 时， 位置输 出
是概 略的。 尽管人们可以借助计算机的帮助， 但对大多 数初学者来说， 很少能够实 际计算 出阶跃响应， 且描绘 出相应曲线 。 ＭＡＴ ＡＢ Ｌ 是一个具有多种功能的大型软
ｔ ｅ ｆ ｃｉｅ ｅ ｓ ｆ ｅ ｔｏ ． ｈ ｅ ｅ ｔ ｎ ｓ ｏ ｔ ｍｅ ｄ ｖ ｈ ｈ
Ｋ ｙ ｒ ｓ ｃ ｌ ｒ ｔ ｎ Ｍ ＡＴ ＡＢ； ａ ｃ ｄ ｅ ｄｎ ｔ ｏ ｋ ｅ ｗｏ ｄ ： ａｉａ ｉ ； ｂ ｏ Ｌ ｃ ｓａ ｅｌ ａ ｅ ｒ ｗ
Ｏ前 言
传 统 上 人 们 在 自动 控 制 系 统 分 析 设 计 过 程 中都 使用笔算解决 问题， 运算量很大， 并且画出来的曲线也
稳态性能指标的开环增益为基础， 对系统ＢＯ Ｅ图保持 Ｄ 低频段不变， 将其 中频和高频段的模值加以衰减， 使之
在 中频 段 的特 定点 处 ， 到满 足动 态 相 角 稳 定 裕 度 的 达 作者简介： 军（９２） 刘 １７一， 副教授， 电气工程和智能控制方 从事
‘
面的教 学与研 究。
Ｉ统 解 决 方 案 Ｆ ．
运用 ＭＡ Ｌ Ｂ进行控制系统串联校正装置的设计 ＴＡ
刘 军
（ 苏财 经 职 业技 术 学 院 电子 系． 苏 淮 安 ２ ３ ０ ） 江 江 ２ ０ １
摘
要： 串 超前 网络校正装 置为应 用对 象， 以 联 借助ＭＡＴ ＡＢ软件设计 了此校正装 置， Ｌ 与通常 的整 定方法比较 ， 其优
ｍ ｅｈｏ ，ｈ ｓ ｅｈｏ ａ ｄ ａ ａ ｅ ｆ ｉｕ ， ａ ｙｃ ａ ｇｎ ｔ ｄ ｔｉ ｍ ｔ ｄｈ ｓａ ｖ ｎｔｇ ｓｏ ｖｓ ａ ｅ ｓ ｈ ｎ ｉｇｐａａ ｅ ｒ ａ ｄｓ ｖｎ ｌ ｒｍ ｔ ｓ ｎ ａ ｉ ｇａｌｔ ｆｃ ｍ ｐ ｔ ｇａ ｄｐｏ ｒ ｍｍ ｉ ． ｅｓｍ ｕａｉ ｎｖ ｒｆｅ ｅ ｏ ｏ ｏ ｕ ｎ ｎ ｒｇ ａ ｉ ｎｇ Ｔ ｉ ｌｔ ｈ ｏ ｅｉ ｄ ｉ
(整理)自动控制原理设计实验
编号：自动控制原理Ⅰ实验课题：控制系统串联校正设计专业：智能科学与技术学生姓名：黎良贵学号：2008502112014 年 1 月 5 日一、 实验目的：1、了解控制系统中校正装置的作用;2、研究串联校正装置对系统的校正作用。
二、 实验基本原理：1、 滞后-超前校正超前校正的主要作用是增加相位稳定裕量，从而提高系统的稳定裕量，改善系统响应的动态特性。
滞后校正的主要作用则是改善系统的静态特性。
如果把这两种校正结合起来，就能同时改善系统的动态特性和静态特性。
滞后超前校正综合了滞后校正和超前校正的功能。
滞后-超前校正的线路由运算放大器及阻容网络组成。
2、 串联滞后校正串联滞后校正指的是校正装置的输出信号的相位角滞后于输入信号的相位角。
它的主要作用是降低中频段和高频段的开环增益，但同时使低频段的开环增益不受影响。
这样来兼顾静态性能与稳定性。
它的副作用是会在ωc 点产生一定的相角滞后。
三、 实验内容：设单位反馈系统的开环传递函数为设计串联校正装置，使系统满足下列要求静态速度误差系数1S K -≥250ν，相角裕量045≥γ，，并且要求系统校正后的截止频率s rad c /30≥ω。
四、 实验步骤：1、 用MATLAB 软件对原系统进行仿真，讨论校正方案；2、 对校正后的系统进行仿真，确定校正方案；)101.0)(11.0()(0++=s s s Ks G3、设计原系统和校正环节的电模拟电路及元器件有关参数；4、设计制作硬件电路，调试电路，观察原系统阶跃响应并记录系统的瞬态响应数据；5、加入校正装置，系统联调，观察并记录加入校正装置后系统的阶跃响应，记录系统的瞬态响应数据。
五、MATLAB仿真：程序：K=250;G=tf(K,[0.001 0.11 1 0]);[gm,pm,wcg,wcp]=margin(G);T1=10/wcp;b=7;Gc1=tf([T1 1],[b*T1 1])G1=G*Gc1;G10=feedback(G,1);step(G10)gridfigure[mag,pha,w]=bode(G1);Mag=20*log10(mag);[gm1,pm1,wcg1,wcp1]=margin(G1);phi=(45-pm1+20)*pi/180;alpha=(1+sin(phi))/(1-sin(phi));Mn=-10*log10(alpha);wcgn=spline(Mag,w,Mn);T=1/wcgn/sqrt(alpha);Tz=alpha*T;Gc2=tf([Tz 1],[T 1])G2=G1*Gc2;bode(G,'r',G2,'g')gridfiguregrid[gm2,pm2,wcg2,wcp2]=margin(G2)G11=feedback(G2,1);step(G11)grid结果：滞后校正网络传递函数：0.2126 s + 1------------1.488 s + 1超前校正网络传递函数：0.1039 s + 1--------------0.008316 s + 1校正之后的幅值裕量，相角裕量，相角交接频率，截止频率：gm2 =5.5355pm2 =49.2677wcg2 =105.9038wcp2 =34.0080其中相角裕量，截止频率分别为49.2677，34.0080均大于题目要求的45和30，仿真符合要求。
自动控制原理第六章第三讲超前网络及其串联校正
根据截止频率
的要求，计算超前网络参数a和T；
求出Ｔ；
即可得超前网络的传递函数：
则已校正系统的传递函数为：
绘出校正后的对数幅频特性：
验证已校系统的相角裕度 ，若不满足 要求，应重选 ,一般使其增大。
步骤：
确定开环增益K（根据稳态误差的要求）；
(
s
E
)
(
1
s
G
)
(
s
G
)
(
2
s
G
)
(
s
C
)
(
s
G
r
+
系统输出：
系统误差：
当：
时，
对输入的 误差全补偿条件
说明： 以上结论仅在理想条件下成立：
无论是输出响应完全复现输入或是完全不受扰动影响, 都是在传递函数零、极点对消能够完全实现的基础上得到的。
由于控制器和对象都是惯性的装置, 故G1(s)和G2(s)的分母多项式的s阶数比分子多项式的s阶数高。 据补偿式可见, 要求选择前馈装置的传递函数是它们的倒数, 即Gr(s)或Gn(s)的分子多项式的s阶数应高于其分母多项式的s阶数, 这就要求前馈装置是一个理想的(甚至是高阶的)微分环节。
滞后-超前网络贡献的幅值衰减的最大值
由相角裕度要求，估算网络滞后部分的交接频率 ， 得：
01
结束
02
绘制已校正系统Bode图，校验性能指标
03
反馈校正
开环传函为：
工作原理 设图中局部反馈回路为G2c(s)， 其频率特性为 ：
反馈校正、复合校正基本原理
整个反馈回路的 传递函数等效为：
理想的微分环节实际不存在, 所以完全实现传递函数的零、极点对消在实际上也是做不到的。
闭环控制系统串联校正装置参数的调试
能 的 。例 如 电 动 机 的 机 械 惯 性 多 大 、 晶 闸 管 整 流 装 置 的 惯 性 多大 都 不 好 确 定 。但 根 据 系统 的构 成 ，确 定 系 统 有 几 个 惯 性 环 节 ，惯 性 的 大 小 大 概
Ｒｌ０ ＝ 。可 推 得 Ｔ Ｃ】 ： 。
加 积 分 环 节 串联 校 正 后 ， 系统 的 频 率 特 性 可 能是 图２ 所示 的三 种情 况之 一 。
成 的 等 效 惯 性 （ ： ＋ ）组 成 ， （ ＋Ｉ 属于 机 ＴＳ １ ＴＳ ）
械 惯 性 比较 大 ， （ ： ＋ ）属于 电磁 惯 性 比 较小 。 ＴＳ Ｉ
整个 系统 的 结 构 图 如 图 ｌａ所 示 。其 中 ，ＷｃＳ 是 （） （）
成 为 当 前 设 计 和 调 试 自控 设 备 的 重 要 技 术 问题 。
后 来 经 过 多 次 实 践 ，总 结 出一 个 适 合 Ｐ 调 节 器 的 Ｉ
图 １ 系 统 结 构 图 及 校 正 装 置
２ 调试 过程 的理论根据
在 自控 系 统 的 分 析 中 ， 频 率 法 是 简 单 方 便
的 。下 面 在 频 率 特 性 分 析 的 基 础 上 ，总 结 出调 试 的步骤 。 先 让串 联 校 正 装 置 的 传 递 函 数Ｗ ｃ Ｓ ＝ 可 （） 见 该 校 正 装 置 是积 分 校 正 环 节 ， 如 图 １ｂ 所 示 ， （）
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实验：控制系统串联校正
一、实验目的
1.研究串联校正环节对系统稳定性及过渡过程的影响。
2.熟悉和掌握系统过渡过程的测量方法。
二、实验电路
图1串联超前校正系统模拟电路
图2串联滞后校正系统模拟电路
图3串联滞后-超前校正系统方框图
三、实验步骤
1.串联超前校正
(1)按图1所示模拟电路接线，a断开，输入端r(t)接阶跃信号，并与数字示波器OSC
的CH1连接，CH2连接输出端C(t)。
注：用连续阶跃信号输入时放电短路子接“AUTO”，用手动阶跃信号输入时放电短路子接“HDC”。
(2)打开实验箱电源。
(3)启动计算机，运行“SAC-ZJT-A1”，进入网络实验系统。
(4)选择串口(如不选择，则默认COM1为通讯口)。
(5)选择“自控实验”，点击“连续系统串联校正”。
(6)点击“启动显示”，打开实验界面。
(7)点击“运行”，观察并调整输入阶跃为1V。
(8)观察系统阶跃响应曲线，记录超调量MP%和调节时间tS，填入表1中。
(9)接通a，重复操作步骤，比较a接通和a断开的响应曲线有何差别。
2.串联滞后校正
按图2电路接线,在命令菜单中选择“滞后校正”,其它实验步骤与超前校正类似,结果填入表2.
3.串联滞后-超前校正系统
参考图3设计一个串联滞后-超前校正系统。
分析系统闭环传递函数的特征方程根的位置对系统的影响。
结果填入表3.
四、实验记录
表1
表2
23.44 3.732s a闭合
表3
五、实验设备1、SAC-ZJⅡ网络智能自控计控实验装置。
2、SAC-ZJT-A1软件（包括与之相适应的并已经安装该软件的计算机）。
3、与实验台板上相配套的导线若干。
4、万用表.
六、实验分析及结论
通过这次的实验,使我学到了不少实用的知识,更重要的是,做实验的过程,思考问题的方法,这与做其他的实验是通用的,真正使我们受益匪浅.。