简述基于Matlab的纯滞后控制系统设计
基于MATLAB进行控制系统的滞后-超前校正设计要点
计算机控制技术------滞后-超前校正控制器设计系别：电气工程与自动化专业：自动化班级：B110411学号：B11041104姓名：程万里目录一、 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 二、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................................. 3 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.............................................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)三、前馈控制3.1 前馈控制原理..................................................................... 12 3.2控制对象的介绍及仿真......................................................... 12 四、 心得体会.............................................................................. 16 参考文献.......................................................................................17 附录 (18)一、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。
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。
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： 工作单位：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要求系统的静态速度误差系数 K v 10S 1， 45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、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：系主任（或责任教师）签名：G(s)Ks(s 1)(s2)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。
图1 滞后-超前校正 RC网络面推导它的传递函数：其中 T 1为超前部分的参数， T 2 为滞后部分。
用MATLAB进行控制系统的滞后校正设计
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)2.01)(1.01()(s s s Ks G ++=要求系统的静态速度误差系数1100-=S K v ，ο40≥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 作出满足初始条件的K 值的系统伯德图，计算系统的幅值裕量和相位裕量。
（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：指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日用MATLAB 进行控制系统的滞后校正设计1滞后校正特性及校正方法1.1滞后校正特性滞后校正就是在前向通道中串联传递函数为)(s G c 的校正装置来校正控制系统，)(s G c 的表达式如下所示。
1,11)(<++=a TsaTss G c 其中，参数a 、T 可调。
滞后校正的高频段是负增益，因此，滞后校正对系统中高频噪声有削弱作用，增强了抗干扰能力。
可以利用滞后校正的这一低通滤波所造成的高频衰减特性，降低系统的截止频率，提高系统的相位裕度，以改善系统的暂态性能。
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。
或者，是利用滞后网络的低通滤波特性，使低频信号有较高的增益，从而提高了系统的稳态精度。
可以说，滞后校正在保持暂态性能不变的基础上，提高开环增益。
也可以等价地说滞后校正可以补偿因开环增益提高而发生的暂态性能的变化。
1.2滞后校正设计的一般步骤与方法（1）按稳态性能指标要求的开环放大系数绘制未校正系统的伯德图。
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： 李 超 专业班级： 电气 1001班 指导教师： 刘志立 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)2)(1()(++=s s s K s G 要求系统的静态速度误差系数110-≥S K v ，ο45≥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、 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，计算其时域性能指标。
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MATLAB是一个包含大量计算算法的集合。
其拥有600多个工程中要用到的数学运算函数，可以方便的实现用户所需的各种计算功能。
函数中所使用的算法都是科研和工程计算中的最新研究成果，而前经过了各种优化和容错处理。
在通常情况下，可以用它来代替底层编程语言，如C和C++。
在计算要求相同的情况下，使用MATLAB的编程工作量会大大减少。
MATLAB的这些函数集包括从最简单最基本的函数到诸如矩阵，特征向量、快速傅立叶变换的复杂函数。
函数所能解决的问题其大致包括矩阵运算和线性方程组的求解、微分方程及偏微分方程的组的求解、符号运算、傅立叶变换和数据的统计分析、工程中的优化问题、稀疏矩阵运算、复数的各种运算、三角函数和其他初等数学运算、多维数组操作以及建模动态仿真等。
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。
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。
利用MATLAB对一单位反馈系统进行滞后和超前校正自动控制原理课程设计
摘要MATLAB是一个包含大量计算算法的集合。
其拥有600多个工程中要用到的数学运算函数，可以方便的实现用户所需的各种计算功能。
函数中所使用的算法都是科研和工程计算中的最新研究成果，而前经过了各种优化和容错处理。
在通常情况下，可以用它来代替底层编程语言，如C和C++。
在计算要求相同的情况下，使用MATLAB的编程工作量会大大减少。
MATLAB的这些函数集包括从最简单最基本的函数到诸如矩阵，特征向量、快速傅立叶变换的复杂函数。
函数所能解决的问题其大致包括矩阵运算和线性方程组的求解、微分方程及偏微分方程的组的求解、符号运算、傅立叶变换和数据的统计分析、工程中的优化问题、稀疏矩阵运算、复数的各种运算、三角函数和其他初等数学运算、多维数组操作以及建模动态仿真等。
此次课程设计就是利用MATLAB对一单位反馈系统进行滞后和超前校正。
通过运用MATLAB的相关功能，绘制系统校正前后的伯德图、奈氏曲线和阶跃响应曲线，并计算校正后系统的时域性能指标。
关键字：超前和滞后校正 MATLAB 伯德图时域性能指标目录1系统超前校正环节的设计 (1)1.1运用MATLAB编程求校正前系统的相角裕度 (1)1.2计算超前校正环节的传递函数 (1)1.3计算超前校正后系统的相角裕度 (2)1.4画出系统校正前后的奈奎斯特曲线 (3)1.5画出超前校正前后系统的波特图 (4)2系统滞后校正环节的设计 (5)2.1求出最大滞后角 (5)2.2计算滞后校正环节的传递函数 (5)2.3计算滞后校正后系统的相角裕度 (6)2.4系统校正前后的奈奎斯特曲线 (7)2.5滞后校正前后系统的波特图 (8)3.1校正前系统的阶跃响应曲线 (9)3.2超前校正后系统的单位阶跃响应曲线 (10)3.3超前校正后系统动态性能分析 (11)3.4滞后校正后系统的单位阶跃响应曲线 (12)3.5滞后校正后系统动态性能分析 (13)4 无源超前校正和无源滞后校正的原理 (13)4.1无源超前校正的原理 (13)4.2 无源滞后网络校正的原理 (15)5 心得体会 (15)参考文献 (16)温度控制系统校正环节设计在现代的科学技术的众多领域中，自动控制技术起着越来越重要的作用。
用MATLAB进行控制系统滞后校正设计
学号：0121011360128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姓名指导教师肖纯2012 年12 月23 日课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 自动化1001班 指导教师： 肖 纯 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)(01(10)(s s s Ks G ++=要求系统的静态速度误差系数1100-=s K v ，相角裕度 40≥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：指导教师签名： 年 月 日 系主任（或责任教师）签名： 年 月 日目录1．正特性及校正方法 (1)1.1滞后校正特性 (1)1.2滞后校正设计的一般步骤与方法 (1)2．未校正时系统分析 (3)2.1伯德图绘制 (3)2.2未校正系统的相位裕度和幅值裕度 (4)3.确定滞后校正传递函数 (5)4.系统校正前后根轨迹图 (7)4.1未校正系统根轨迹图 (7)4.2校正后系统根轨迹图 (8)5.心得体会 (10)参考文献 (11)1．正特性及校正方法1.1滞后校正特性滞后校正就是在前向通道中串联传递函数为)(s G c 的校正装置来校正控制系统，)(s G c 的表达式如下所示。
1,11)(<++=a Ts aTss G c （1-1）其中，参数a 、T 可调。
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实验三 基于Matlab 的纯滞后控制系统设计
一、实验目的
1) 学习使用simulink 进行Smith 预估补偿控制的设计方法。
2) 学习使用simulink 实现Dahlin 算法的设计方法。
二、实验原理
1. Smith 预估补偿控制的设计 已知被控对象传递函数：
302
3()2s +60s+1
s
G s e -=
(1) 应用Smith 预估补偿算法设计控制系统，并采用PID 控制。
原理图参见课本P127图4-21和P128图4-22。
表1衰减曲线法整定控制器参数经验公式
2. Dahlin 算法的设计 已知被控对象传递函数：
102
()100s+1
s G s e -=
(2)
采样周期为2s ，选择期望闭环传递函数中的时间常数分别为T τ=5s ，10s ，20s ，设计Dahlin 控制器。
原理图参见课本P129 4.3.2小节。
三、实验内容
1)按式(1)建立系统的Simulink模型，应用Smith预估补偿算法设计控制系统，消除滞后时
间的影响，并整定好PID参数。
与同一PID控制器对无滞后的被控对象控制结果相比较，记录实验曲线。
据Smith预估补偿算法建立滞后系统的Simulink模型原理图：
图1 系统的Simulink模型仿真图
图2 控制系统整定好PID参数的曲线图
b）与同一PID控制器对无滞后的被控对象控制结果相比较
图3 同一PID控制器对无滞后的被控对象控制Simulink仿真图
图4 同一PID控制器对无滞后系统的仿真曲线图
2）与同一被控对象不带Smith预估补偿器的PID控制系统相比较，观察仿真结果，记录实验曲线。
不带Smith预估补偿器的PID控制系统Simulink仿真图如下
仿真图如下：
图5 不带
Smith预估补
偿器的PID
控制系统曲
线图
当加入离散
控制器和零
阶保持器时，
观察和比较
实验图。
图6 有离散控制器和零阶保持器的Simulink仿真图
图7 离散控制器和零阶保持器的仿真曲线图
3）按式(2)建立系统的Simulink模型，设计Dahlin控制器。
改变期望闭环传递函数中的时间常数，观察不同的仿真结果，记录实验曲线。
答：按式(2)建立系统的数字控制器函数，当Tτ=5s，根据计算公式可得此控制器如下：
D(z)=
当Tτ=10s，同理可得：
D(z)=
当Tτ=20s，同理可得：
D(z)=
根据控制系统原理框图可得Simulink模型图
图8 Dahlin控制系统的Simulink原理图
=5s，10s，20s的仿真曲线图：
根据图8，改变D(z)时间参数依次可得T
τ
图9 Dahlin控制系统的仿真曲线图。