河海大学自控原理实验连续系统串联校正
串联滞后校正实验报告
一、实验目的1. 理解串联滞后校正的基本原理和作用。
2. 掌握串联滞后校正装置的设计与搭建方法。
3. 通过实验验证串联滞后校正对系统性能的影响。
二、实验原理串联滞后校正是一种常见的控制方法，主要用于提高系统的相角裕度和降低系统的截止频率。
其原理是在系统的误差测量点之后和放大器之前加入一个滞后校正装置，使得校正后的系统具有更好的稳定性和动态性能。
串联滞后校正装置的传递函数为：H(s) = 1 / (1 + Ts)其中，T为校正装置的时间常数。
三、实验器材1. 实验台2. 控制器3. 被控对象4. 信号发生器5. 示波器6. 信号调理器7. 计算机及仿真软件四、实验步骤1. 搭建实验系统，将控制器、被控对象、信号发生器、示波器、信号调理器等设备连接好。
2. 设置信号发生器输出一个正弦信号，频率为1Hz，幅度为1V。
3. 将信号发生器的输出信号接入被控对象，被控对象的输出信号接入示波器进行观察。
4. 记录被控对象的输出信号，分析其稳定性和动态性能。
5. 在被控对象前加入串联滞后校正装置，调整时间常数T，观察被控对象的输出信号变化。
6. 记录校正后的被控对象输出信号，分析校正效果。
五、实验结果与分析1. 校正前，被控对象的输出信号存在较大波动，稳定性较差。
2. 加入串联滞后校正装置后，被控对象的输出信号稳定性明显提高，动态性能得到改善。
3. 随着时间常数T的调整，被控对象的相角裕度和截止频率发生变化。
当T较小时，相角裕度较小，截止频率较高；当T较大时，相角裕度较大，截止频率较低。
4. 通过实验验证，串联滞后校正能够有效提高系统的稳定性和动态性能。
六、实验结论1. 串联滞后校正是一种有效的控制系统校正方法，能够提高系统的稳定性和动态性能。
2. 通过调整串联滞后校正装置的时间常数，可以实现对系统相角裕度和截止频率的调整。
3. 在实际应用中，应根据系统的具体要求选择合适的时间常数，以达到最佳的校正效果。
七、实验注意事项1. 在搭建实验系统时，注意设备的正确连接和调试。
串联校正的三种方法 -回复
串联校正的三种方法-回复串联校正是一种使得测量系统保持精确度和准确性的重要技术。
它通过将多个测量设备按照特定的顺序连接在一起，并校正它们之间的误差，从而保证整个系统的测量结果的准确性。
本文将介绍串联校正的三种方法，包括公式法、参考法和数据校正法。
首先，公式法是一种基于数学公式的串联校正方法。
它通过推导出特定测量设备之间的数学公式，将测量结果进行修正。
例如，在测量长度的情况下，我们可以将两个测量仪器的测量结果相加，再减去它们之间的差异，从而得到准确的长度值。
这种方法简单、快速，并且可以适用于各种测量领域。
其次，参考法是一种基于参考物质或参考标准的串联校正方法。
它通过与已知准确数值相关的参考物质或参考标准进行测量，从而得到待测设备的修正系数。
例如，在温度测量中，我们可以使用已知温度的热力计作为参考物质，通过比较其测量结果与待测设备的结果，计算出待测设备的修正系数。
这种方法具有较高的精确度，但需要准确的参考物质或标准，并且在实际操作中较为复杂。
最后，数据校正法是一种基于已有数据集进行校正的串联校正方法。
它通过采集大量的数据并进行分析，找出数据之间的规律和误差，并对测量系统进行修正。
例如，在图像处理中，我们可以收集大量的标准图像数据，并与测量系统测得的图像进行比较，找出误差，并对系统进行校正。
这种方法适用于大规模数据的处理，但需要高质量的数据和相应的数据分析工具。
在实际应用中，不同的方法可以根据具体情况和要求选择使用。
例如，在工业生产中，公式法常常用于对测量仪器的误差进行简单修正。
而在科学研究领域，参考法和数据校正法则更常被采用，以保证测量结果的高精确度和可靠性。
总之，串联校正是一种重要的技术，可以保证测量系统的精确度和准确性。
公式法、参考法和数据校正法是常用的三种串联校正方法，它们在不同领域和应用中具有各自的特点和适用性。
通过合理选择和使用这些方法，我们可以更好地保证测量结果的准确性，为科学研究和工业生产提供可靠支持。
串联校正系统设计
串联校正系统设计引言：串联校正系统（Cascade Control System）是一种常用的控制系统结构，通过将多个控制环路串联在一起，实现更高级别的控制和优化。
本文将介绍串联校正系统的设计原则和步骤。
一、设计原则：1. 目标一致性：各个控制环路的目标必须要一致，以确保系统能够整体协调运作。
2. 层次化：将系统分为多个层次，每个层次对应一个控制环路，上层环路控制下层环路的设定值，下层环路控制具体的执行。
3. 校正器选择：选择合适的校正器，使得系统的动态响应满足要求，同时保持稳定性。
二、设计步骤：1. 确定系统层次：根据实际需求和系统结构设计，确定系统的层次结构。
2. 确定各个环路：根据系统的层次结构，确定每个层次对应的控制环路，包括上层环路和下层环路。
3. 设定目标：对于每个环路，设定合适的目标，如温度、压力等。
4. 设定环路连接方式：根据系统的工作原理和目标要求，确定各个环路之间的连接方式，可采用级联、串联等方式。
5. 设计校正器：根据系统的特点和要求，选择合适的校正器，如PID控制器、模型预测控制器等。
6. 参数调整：对于每个环路的校正器参数进行调整，使得系统的动态响应满足要求，同时保持稳定性。
7. 系统测试：对整个系统进行测试，验证设计的可行性和有效性，并进行必要的调整和优化。
三、示例：以温度控制系统为例，设计一个串联校正系统。
系统包含三个环路，分别是室内温度环路、供水温度环路和供水流量环路。
1. 确定系统层次：系统的层次结构为：室内温度环路（上层环路）→供水温度环路（中层环路）→供水流量环路（下层环路）。
3. 设定目标：室内温度环路的目标设定为25摄氏度，供水温度环路的目标设定为60摄氏度，供水流量环路的目标设定为10L/min。
4. 设定环路连接方式：采用级联连接方式，上层环路控制下层环路的设定值。
5. 设计校正器：对于每个环路，选择合适的校正器。
如室内温度环路可以使用PID控制器，供水温度环路可以使用模型预测控制器。
自动控制原理串联滞后校正装置课程设计
自动控制原理串联滞后校正装置课程设计“自控原理课程设计”参考设计流程一、理论分析设计1、确定原系统数学模型；当开关S断开时，求原模拟电路的开环传递函数个G(s)。
c)；ω(γc、ω2、绘制原系统对数频率特性，确定原系统性能：3、确定校正装置传递函数Gc(s)，并验算设计结果；设超前校正装置传递函数为：，rd>1)，则：'cω处的对数幅值为L('cωm，原系统在ω='cω若校正后系统的截止频率由此得：由，得时间常数T为：4、在同一坐标系里，绘制校正前、后、校正装置对数频率特性；二、Matlab仿真设计（串联超前校正仿真设计过程）注意：下述仿真设计过程仅供参考，本设计与此有所不同。
利用Matlab进行仿真设计（校正），就是借助Matlab 相关语句进行上述运算，完成以下任务：①确定校正装置；②绘制校正前、后、校正装置对数频率特性；③确定校正后性能指标。
从而达到利用Matlab辅助分析设计的目的。
例：已知单位反馈线性系统开环传递函数为：≥450，幅值裕量h≥10dB，利用Matlab进行串联超前校正。
'γ≥7.5弧度/秒，相位裕量'cω要求系统在单位斜坡输入信号作用时，开环截止频率c)]、幅值裕量Gmω(γ1、绘制原系统对数频率特性，并求原系统幅值穿越频率wc、相位穿越频率wj、相位裕量Pm[即num=[20];den=[1,1,0];G=tf(num,den); %求原系统传递函数bode(G); %绘制原系统对数频率特性margin(G); %求原系统相位裕度、幅值裕度、截止频率[Gm,Pm,wj,wc]=margin(G);grid; %绘制网格线（该条指令可有可无）原系统伯德图如图1所示，其截止频率、相位裕量、幅值裕量从图中可见。
另外，在MATLAB Workspace下，也可得到此值。
由于截止频率和相位裕量都小于要求值，故采用串联超前校正较为合适。
控制系统串联综合校正设计
课程设计名称：自动控制原理课程设计题目：控制系统串联综合校正设计专业：电气工程及其自动化班级：姓名：学号：课程设计任务书一、设计题目:自动控制系统串联综合校正设计二、设计任务:1.控制系统的性能指标确定2.串联综合校正的原理分析3.传递函数及原理公式的推导计算4.实例系统的校正设计三、设计计划:第一天选择课程设计题目,确定课程设计任务第二天根据课程设计任务进行查阅资料第三天进行整理资料及设计方案选择第四天进行可行性分析并进行校正分析第五天进行电脑排版并输出四、设计要求:通过自动控制系统综合校正的设计更好的掌握和应用经典控制理论,并进行可行性分析进行校正设计,得出设计结论。
指导教师：教研室主任：时间：2007年 1月 18日辽宁工程技术大学课程设计成绩评定表综合法又称期望特性法。
它的基本思想是按照设计任务的性能指标，构造期望的数学模型，然后选择校正装置的数学模型，使系统校正后的模型等于期望的数学模型。
虽然综合法得到的校正环节的数学模型一般比较复杂，在应用中受限，但其方法本身简单，仍是一种重要的方法，尤其是对校正装置的选择有很好的指导作用。
这是一种在频域范围进行的校正方法。
频域法进行的校正比较简单，但其设计的指标是间接指标，所以它只是一种间接的方法。
本设计的重点是要绘制出希望的频域特性曲线，然后得出校正环节的频域特性曲线，进而写出校正环节的传递函数。
需要注意的是这种方法的设计带有经验成分，而且其设计过程一般仅适用于最小相位系统。
关键词：校正装置；数学模型；传递函数；系统指标；特性曲线1 宗述 (1)2 系统校正中的基本问题 (1)2.1 被控对象 (1)2.2 性能指标 (1)2.3 系统带宽的确定 (2)3 串联综合法校正原理 (3)3.1 原理概述 (3)3.2 公式推导 (3)3.2.1 传递函数计算 (3)3.2.2 相角裕度计算 (5)3.3 总结求法 (7)4 校正实例 (8)4.1 设计要求 (8)4.2 设计步骤 (8)5 结论 (10)6 设计体会 (11)参考文献 (12)1 综述随着现代的科技不断发展，自动控制技术在众多领域中显得越来越重要。
实验六线性定常系统的串联校正
1.实验六线性定常系统的串联校正一、实验目的通过实验，理解所加校正装置的结构、特性和对系统性能的影响；掌握串联校正几种常用的设计方法和对系统的实时调试技术。
二、实验设备同实验一。
三、实验内容观测未加校正装置时系统的动、静态性能；按动态性能的要求，分别用时域法或频域法〔期望特性〕设计串联校正装置；观测引入校正装置后系统的动、静态性能，并予以实时调试，使之动、静态性能均满足设计要求；利用上位机软件，分别对校正前和校正后的系统进行仿真，并与上述模拟系统实验的结果相比拟。
四、实验原理图6-1为一加串联校正后系统的方框图。
图中校正装置G c(S)是与被控对象Go(S)串联连接。
图6-1加串联校正后系统的方框图串联校正有以下三种形式：超前校正，这种校正是利用超前校正装置的相位超前特性来改善系统的动态性能。
滞后校正，这种校正是利用滞后校正装置的高频幅值衰减特性，使系统在满足稳态性能的前提下又能满足其动态性能的要求。
滞后超前校正，由于这种校正既有超前校正的特点，又有滞后校正的优点。
因而它适用系统需要同时改善稳态和动态性能的场合。
校正装置有无源和有源二种。
基于后者与被控对象相连接时，不存在着负载效应，故得到广泛地应用。
下面介绍两种常用的校正方法：零极点对消法〔时域法；采用超前校正〕和期望特性校正法〔采用滞后校正〕。
零极点对消法(时域法)所谓零极点对消法就是使校正变量G c(S)中的零点抵消被控对象Go(S)中不希望的极点，以使系统的动、静态性能均能满足设计要求。
设校正前系统的方框图如图6-2所示。
图6-2二阶闭环系统的方框图性能要求静态速度误差系数：K V=251/S，超调量：P；上升时间：t S1S。
校正前系统的性能分析校正前系统的开环传递函数为：G0(S)5251)系统的速度误差系数为：K V limSG0(S)25，刚好满足稳态的要求。
根据系统的闭环S0传递函数G0(S)502n(S)22n S21G0(S)S2S50S2n求得n50，2n2，1150 n代入二阶系统超调量P的计算公式，即可确定该系统的超调量P，即e12，t s33S(P0.05)n这说明当系统满足稳态性能指标K V的要求后，其动态性能距设计要求甚远。
实验三 自动控制系统的校正
实验三 自动控制系统的校正一、实验目的1．掌握串联校正装置设计的一般方法。
2．设计一个有源串联超前校正装置，使之满足实验系统动、静态性能的要求。
二、实验内容1．未校正系统的方块图如图3—1所示，设计相应的模拟电路图，参见图3—2。
图3—1 未校正系统的方块图图3—2 未校正系统的模拟电路图2．由闭环传递函数Kv=20 1/s 3．用示波器观测并记录未校正系统在阶跃信号作用下的动态性能指标Mp 、t s 、t p 4．根据系统动态性能的要求，设计一个超前校正装置，其传递函数为：Gc(s)=1S 05.01S 5.0++其模拟电路图为3—3所示。
要求校正后系统Kv=20，Mp=0.25，t s ≤1s ，图3—3 校正装置电路校正后系统的方块图为图3—4所示由图可知，该系统的开环传递函数为G(S)=)20S (S 400)1S 05.0(S 20+=+与二阶系统标准形式的开环传递函数相比较，得ωn=400=20 2ξωn=20 ξ=0.5 Mp=e -215ξ-π=0.163＜0.25图3—5 校正后系统的模拟电路图三、实验步骤准备：将“信号发生器单元”U 1的ST 端和+5V 端用短路块短接。
1．按照图3—2接线，并核对图中各环节的参数是否完全满足图3—1所示系统的要求。
2．加入阶跃输入电压，用示波器观察并记录系统输出响应曲线及其性能指标：超调量Mp 和调节时间t s 。
3．按图3—5的要求接入校正装置。
4．在图3—5的输入端引入阶跃控制电压，并用示波器观察和记录校正后系统的超调量Mp 和调节时间t s ，以检验系统是否完全满足预期的设计要求。
5．具体参数及响应曲线请参照表3-1。
四、实验思考题1．阶跃输入信号为什么不能取得太大？2．为什么图3—3所示的校正装置是超前校正装置？3．你能解释校正后系统的瞬态响应变快的原因吗？。
实验四 线性系统串联校正
实验四线性系统串联校正一．实验目的1．熟悉串联校正装置对线性系统稳定性和动态特性的影响。
2．掌握串联校正装置的设计方法和参数调试技术。
二．实验内容1．观测未校正系统的稳定性和动态特性。
2．按动态特性要求设计串联校正装置。
3．观测加串联校正装置后系统的稳定性和动态特性，并观测校正装置参数改变对系统性能的影响。
4．对线性系统串联校正进行计算机仿真研究，并对电路模拟与数字仿真结果进行比较研究。
三．实验步骤1．利用实验设备，设计并连接一未加校正的二阶闭环系统的模拟电路，完成该系统的稳定性和动态特性观测。
提示：①设计并连接一未加校正的二阶闭环系统的模拟电路，可参阅本实验附录的图 4.1.1和图4.1.2，利用实验装置上的U9、U13、U15和U8单元连成。
②通过对该系统阶跃响应的观察，来完成对其稳定性和动态特性的研究，如何利用实验设备观测阶跃特性的具体操作方法，可参阅实验一的实验步骤2。
图4.1.2取二阶系统的模拟电路如图4.1.2所示，实验参数取R0＝Rf=200k ，R1＝200k ，R2＝100k ，C1＝1uF ，C2＝1uF ，R=15k 。
在进行实验连线之前，先将U9单元两个输入端的100K 可调电阻均顺时针旋转到底（即调至最大），使电阻R0、Rf 均为200K;将U13单元输入端的100K 可调电阻顺时针旋转到底（即调至最大），使输入电阻R1的总阻值为200K;C1在U13单元模块上。
将U15单元输入端的100K 可调电阻逆时针旋转到底（即调至最小），使输入电阻R2的总阻值为100K;C2位于U15单元上。
U8单元为反相器单元，将U8单元输入端的10K 可调电阻逆时针旋转到底（即调至最小），使输入电阻R 的总值为10K;注明：所有运放单元的+端所接的100K 、10K 电阻均已经内部接好，实验时不需外接。
其开环传递函数为：()5250.2(0.51)(0.51)G s S S s s ==++其闭环传递函数为：2222()()501()2502n n nW S G s G s s s s s ωξωω===+++++ 式中 7.07n ω=，10.141n ξω==， 故未加校正时系统超调量为0.6363%p M e -===，调节时间为 44s nt ξω==s ，静态速度误差系数K V 等于该I 型系统的开环增益25=v K 1/s ， 打开labview 的时域特性程序后，软件界面的参数设置如下: 测试信号1：阶跃幅值1：5V （偏移0）频率/周期：5s （占空比90%）,运行程序，直接进行实验。
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实验题目 连续系统串联校正
姓名： 班级： 学号： 指导老师：
同组学生： 时间： 2018-12-27
一、实验目的
1. 加深理解串联校正装置对系统动态性能的校正作用。
2. 对给定系统进行串联校正设计，并通过模拟实验检验设计的正确性。
二、实验仪器
1．EL-AT-II型自动控制系统实验箱一台
2．计算机一台
三、实验内容
1．串联超前校正
（1）系统模拟电路图如图5-1，图中开关S断开对应未校情况，接通对应超前校正。
图5-1 超前校正电路图
（2）系统结构图如图5-2
图5-2 超前校正系统结构图
图中校正前，Gc（s）=2，校正后，Gc（s）=2（0.055s+1）/(0.005s+1)
四、实验步骤
1.启动计算机，在桌面双击图标 [自动控制实验系统] 运行软件。
2.测试计算机与实验箱的通信是否正常,通信正常继续。如通信不正常查找原因使通信正
常后才可以继续进行实验。
超前校正：
3.连接被测量典型环节的模拟电路(图5-1)。电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，
电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入。检查无误后接通电源。
4.开关s放在断开位置。
5.选中 [实验课题→ 连续系统串联校正→超前校正] 菜单项,鼠标单击将弹出参数设置
窗口。系统加入阶跃信号。参数设置完成后鼠标单击确认测量系统阶跃响应，并记录超
调量p和调节时间ts。
6.开关s接通，重复步骤5,将两次所测的波形进行比较。并将测量结果记入表中。
五、实验报告
1．计算串联校正装置的传递函数 Gc（s）和校正网络参数。
2．画出校正后系统的对数坐标图，并求出校正后系统的ω′c及ν′。
3．比较校正前后系统的阶跃响应曲线及性能指标，说明校正装置的作用。
六、思考题
1．如何测量稳态速度误差？怎样检验静态速度误差系数是否满足期望值？
2．除超前校正装置外，还有什么类型校正装置？它们的特点是什么？如何选用校正装置的
类型？
3．有源校正装置和无源校正装置各有何特点?
超前校正系统
指标
校正前 校正后
阶跃响应曲线
δ%
Tp（秒）
Ts（秒）