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
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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。
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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。
第五章 控制系统的校正方法
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。
第五章 控制系统的校正方法
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
第五章 控制系统的校正方法
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。
第五章 控制系统的校正方法
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
第五章 控制系统的校正方法
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：