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姓名： 指导老师： 成绩： 学院：电气工程学院 专业：自动化 班级： 实验内容：基于频域的串联校正控制器设计 【实验时间】 【实验地点】 【实验目的】1. 学会采用MATLAB 进行串联超前、滞后和滞后—超前校正控制器的设计；2. 掌握采用有源放大器模拟电路实现串联超前、滞后和滞后—超前校正的方法；3. 练习控制性能比较与评估的方法。
【实验设备与软件】bACT 试验台与虚拟示波器2.MATLAB 软件3.Multisim 软件 【实验原理】1、被模拟对象模型描述控制函数： ；式中)/(d t e t k k Rb k K +=为传动系数，)/(em t e k k Rb JR T +=为机电时间常数。
2、基于串联超前或串联滞后或滞后—超前校正的闭环控制系统的串联校正方法主要是通过在前向通路上增加校正装置实现保证系统稳定基础上提高系统的暂态性能。
从频率的角度，就是通过校正装置改变原系统的频率特性，包过幅频特性和相频特性，从而达到所要求的性能指标。
串联校正闭环控制框图如下。
串联校正装置有无源和有源之分，均可设计成串联超前或串联滞后或滞后—超前校正方法式。
矫正的基本形式是式中，K 和a 、b 是两类可变参数。
b=1，a>1表示相位超前；a=1，b>1表示相位滞后。
K 用于系统校正后的静态增益，以满足稳态性能指标和扰动抑制性能。
K 的选择取决于抚恤的稳态误差，减小稳态误差就必须增大比列系数，但并不是比例系数越大越好。
【实验内容、方法、过程与分析】 1、实验内容过程与分析)1()(+=s T s K s G em d−−→−)s (R 11s ++=s b s a KC ττ）（用有有缘放大模拟电路模拟永磁他励电枢控制式直流电机机对象，采用基于Bode 图的频率设计方法对以下三种参数的性能指标设计串联校正控制器。
标称参数取J=0.001Kgm2，b=0.01Nm,Kt=Ke=0.1Nm/A,R=1Ω。
实验五 控制系统的频域法校正设计姓名： 学号：一、实验题目题1.设有一单位反馈系统的开环传函为)5.0(08.0)(0+=s s s G ，试用频率特性法设计一个超前校正装置，以满足下列性能指标：kv ≥8，相位裕量为50°。
题2.设有一单位反馈系统的开环传函为)5.0(08.0)(0+=s s s G ，试用频率特性法设计一个滞后控制器，使得kv ≥4，相位裕量为50°。
二、实验目的利用控制系统设计的频域法设计控制器，以改变原系统的频域特性图，使之达到预定的性能指标要求。
掌握串联超前校正和串联滞后校正两种设计方法。
三、实验过程与结果题1：1、设超前控制器传函为)1(11)(>++=a TsaTs K s G c ，根据稳态误差要求确定开环增益K 。
8)(lim 00==→s sG kv s ，解出K=50，令)5.0(4)(10+=⨯=s s G K s G 2、绘制原系统G1的bode 图：num=[4];den=[1 0.5 0];g1=tf(num,den);margin(g1)由图得出原系统的相位裕量r=14.2°，不满足要求。
结果如图1：图1 原控制系统G1的bode 图3、求所需超前角fai ：fai=50°-14.2°+5°=40.8°4、计算a:fai=40.8*pi/180;a=(1+sin(fai))/(1-sin(fai))得出a = 4.77075、求m ω:a=4.7707;10*log10(a)=6.7858在0db 线下10lga=6.7858处作水平线，与原系统G1的bode 图幅频特性曲线的交点对应的w 值即为m ω，由图知m ω=2.93，结果如图2：图2 作图解m ω6、求T ：wm=2.93;T=1/(wm*sqrt(a))运行得到T=0.1563，因此超前控制器为ss s G c 156.01744.0150)(++⨯= 7、校验性能指标：num=[4];den=[1 0.5 0];g1=tf(num,den);nc=[0.744 1];dc=[0.156 1];gc=tf(nc,dc);g=g1*gc;bode(g1);hold on;bode(gc);hold on;bode(g);legend('g1','gc','g')原系统g1的bode 图，超前控制器gc 的bode 图，校正后系统g 的bode 图如图3：图3 校验校正后系统性能指标由图知相位裕量为50.5°，满足要求。
学号：课程设计题目基于频率法的超前校正设计学院专业班级姓名指导教师课程设计任务书学生姓名：陈洁专业班级：自动化1101 班指导教师：谭思云工作单位：自动化学院题目 : 基于频率法的超前校正设计初始条件：已知系统的传递函数模型为：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）掌握采用频率法设计超前校正装置的具体步骤；设计超前校正环节，使其校正后系统的静态速度误差系数，相角裕度为；1.采用 Matlab 工具进行分析设计，并绘制校正前后系统的单位阶跃响应曲线，开环 Bode 图和 Nyquist 图；2.分析比较采用校正前后的 Bode图和 Nyquist 图，说明其对系统的各项性能指标的影响。
总结频率法校的优缺点及其适应条件；3.对上述任务写出完整的课程设计说明书，说明书中必须写清楚分析计算的过程，并包含 Matlab 源程序或 Simulink 仿真模型，说明书的格式按照教务处标准书写。
时间安排：（ 1）课程设计任务书的布置，讲解（一天）（2）根据任务书的要求进行设计构思。
（一天）（3）熟悉 MATLAB中的相关工具（一天）（4）系统设计与仿真分析。
（四天）（5）撰写说明书。
（两天）（6）课程设计答辩（一天）指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录摘要 (1)Abstract (1)1控制系统超前校正的任务 (2)2控制系统校正前分析 (3)2.1用 MATLAB做出校正前系统的伯德图、奈奎斯特图和阶跃响应曲线 (3)2.1.1系统的开环传递函数 (3)2.1.2校正前系统的波德图 (3)2.1.3校正前系统的奈奎斯特图 (4)2.1.4校正前系统的单位阶跃响应曲线 (5)3控制系统超前校正分析设计 (6)3.1串联超前校正原理分析 (6)3.2采用 MATLAB工具进行串联超前校正设计 (7)3.2.1利用 MATLAB进行超前校正设计的程序 (7)3.2.2开环频率特性系数扩大即K 值的确定 (9)3.2.3利用 MATLAB工具设计超前校正结果 (11)3.3理论计算 (13)4控制系统校正前后的对比 (15)4.1控制系统校正前后的伯德图、奈奎斯特图和阶跃响应曲线对比 (15)4.1.1系统校正前后伯德图与奈奎斯特图对比 (15)4.1.2系统校正前后单位阶跃曲线对比及分析 (17)5频率法校正优缺点及适用条件 (18)5.1频率法超前校正的优缺点及适用条件 (18)5.1.1频率法超前校正的优缺点： (18)5.1.2频率法超前校正的适用条件： (18)5.2频率法校正的其他情况 (18)5.3频率法校正的优缺点及适用条件 (19)6心得体会 (20)7参考文献 (21)摘要自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学。
2016届毕业（设计）论文题目基于频域的校正方法及实验设计专业班级过程自动化学号 1204160134学生姓名于春明第一指导教师陈杰指导教师职称学院名称电气信息院完成日期： 2016年 5月 20日基于频域的校正方法及实验设计Correction Method and Experimental Design based on Frequency Domain学生姓名于春明第一指导教师陈杰摘要在经典控制理论中，系统校正设计，就是在给定的性能指标下，对于给定的对象模型，确定一个能够完成系统满足的静态与动态性能指标要求的控制器，即确定校正器的结构与参数。
串联校正控制器的频域设计方法中，使用的校正器有超前校正器、滞后校正器、滞后-超前校正器等。
超前校正设计方法的特点是校正后系统的截止频率比校正前的大，系统的快速性能得到提高，这种校正设计方法对于要求稳定性好、超调量小以及动态过程响应快的系统被经常采用。
滞后校正设计方法的特点是校正后系统的截止频率比校正前的小，系统的快速性能变差，但系统的稳定性能却得到提高，因此，在系统快速性要求不是很高，而稳定性与稳态精度要求很高的场合，滞后校正设计方法比较适合。
滞后-超前校正设计是指既有滞后校正作用又有超前校正作用的校正器设计。
它既具有了滞后校正高稳定性能、高精确度的好处，又具有超前校正响应快、超调小的优点，这种设计方法在要求较高的场合经常被采用。
关键词：ABSTRACTIn classical control theory, system design correction, that is, given the performance for a given object model to determine a controller to complete the system meets the static and dynamic performance requirements, namely to determine the structure and corrector parameter. Frequency Domain controller series corrected using correction has lead corrector corrector lag lag - lead Corrector like. Features advanced design correction method is to correct the system cut-off frequency than the fast performance is improved before the correction is large, the system, this correction method for design requires good stability, small overshoot and dynamic process of rapid response systems are often use. Lag compensation design approach is characterized by system after correcting the cutoff frequency than the fast performance before correction is small, the system is deteriorated but stable performance of the system has improved, therefore, the system speed requirements are not high, and the stability and steady-state high precision of the occasion, lag compensation design method is more suitable. Lag - lead Corrector design means there are both lagging corrective action ahead of corrective action calibration designs. It has a lag correction high stability, high accuracy advantages, but also has the leading correction fast response, small overshoot of the advantages of this design approach in demanding situations are often used.Keywords：第1章绪论1.1 题目背景、研究意义自动控制系统的计算机仿真是一门综合性较强的学科，它涉及到计算机技术，系统科学，控制工程。
《自动控制原理》仿真实验报告学年学期： 2014-2015学年第1学期实验内容：频率法校正姓名：王建宙班级： 12电4 指导教师：田晴分数：一．实验目的：1. 学习结构图编程，掌握结构图simulink 文件的设计方法；2. 对给定的控制系统，设计满足频域性能指标的校正环节，并通过仿真结果验证设计的准确性。
二．实验内容内容1：已知单位反馈系统，开环传递函数 10(s)(0.2s 1)(0.5s 1)o G s =++ 1. 对给定系统，建立m 文件，确定其伯德图以及相位裕量、穿越频率，闭环系统单位阶跃响应。
2. 要求串联校正后，相位裕量()45c γω>o ，增益裕量6dB GM ≥，设计串联校正环节（分别采用超前、滞后两种方法）3. 在上述m 文件，编写控制器程序。
将控制器、校正后系统伯德图与原系统伯德图绘制在同一figure 中。
校正后系统与原系统阶跃响应绘制在同一figure 中。
4. 在SIMULINK 环境下，搭建系统的结构框图，进行原系统与校正后系统的阶跃响应仿真1)问题分析：本设计中选取滞后校正方法，其原理是观察原系统在穿越频率附近相位迅速衰减，适合采取滞后校正的方法。
所谓滞后校正，就是通过采取适当的滞后校正装置，降低穿越频率w ，使相位裕量提高。
不过降低穿越频率会造成暂态响应时间增大。
2)问题解决：问题一：用MATLAB 建立校正前系统的开环传递函数，确定其相位裕量、穿越频率，伯德图,和闭环系统单位阶跃响应。
程序及说明如下：num=10; %系统K 取10den=conv([0.5 1],conv([0.2 1],[1 0]));G=tf(num,den);[gm,pm,wcg,wcp]=margin(G);disp(['相位裕量=',num2str(pm)]) %校正前系统相位裕量disp(['穿越频率=',num2str(wcp)]) %校正前系统穿越频率disp(['增益裕量=',num2str(gm)]) %校正前系统增益裕量sys=feedback(G,1); % 校正前系统闭环传函margin(G) %校正前系统bode 图step(sys) %校正前系统阶跃响应图grid on运行结果：相位裕量=-8.8865穿越频率=3.7565增益裕量=0.7可见原系统相位裕量小于零，是不稳定的，且增益裕量=0.7。
目录1.任务书．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． (2)2.设计思想及内容 (3)2.1设计思想 (3)2.2内容 (3)3.编制的程序．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． (3)3.1运用MATLAB编程 (3)4.结论 (10)5.设计总结 (10)参考文献 (10)《自动控制理论Ⅱ》课程设计任务书2. 设计内容及思想 ：2.1 内容：已知过程控制系统的被控广义对象的传递函数)110)(12)(15(1+++=S S S G ，用Bode图超前校正方法进行校正设计，使校正后系统满足阶跃响应超调量及调节时间满足要求： 即超调量%σ ≤ 30%,调节时间 s t s 5.14=≤15s 。
2.2 思想：在控制系统中，校正方式有多种，恩提要求用超前校正，并不代表只能用该方法，在设计中，遵循校正方法，利用MATLAB 编写程序即可完成校正。
3. 编制的程序：3.1 运用MATLAB 编程：频域法校正：编制程序绘制校正前的Bode 图和阶跃响应曲线：K=1;n1=1;d1=conv(conv([5 1],[2 1]),[10 1]); %对传递函数输入描述 s1=tf(K*n1,d1);figure(1);margin(s1);hold on %绘制得到Bode 图 figure(2);sys=feedback(s1,1);step(sys) %绘制得到阶跃响应曲线得如下阶跃响应曲线图2-1和Bode 图2-2.Step ResponseTime (sec)A m p l i t u d e051015202530354045500.10.20.30.40.50.60.7图2-1阶跃响应曲线M a g n i t u d e (d B )10-310-210-110101102P h a s e (d e g )Bode DiagramGm = 22 dB (at 0.412 rad/sec) , P m = -180 deg (at 0 rad/sec)Frequency (rad/sec)图2-2 Bode 图由Bode 图和阶跃响应曲线知：超调量=%σ7%，峰值时间s tp2.23=，调节时间（5%误差带） s t s 7.28=。
2016届毕业（设计）论文题目基于频域的校正方法及实验设计专业班级过程自动化学号 1204160134学生姓名于春明第一指导教师陈杰指导教师职称学院名称电气信息院完成日期： 2016年 5月 20日基于频域的校正方法及实验设计Correction Method and Experimental Design based on Frequency Domain学生姓名于春明第一指导教师陈杰摘要在经典控制理论中，系统校正设计，就是在给定的性能指标下，对于给定的对象模型，确定一个能够完成系统满足的静态与动态性能指标要求的控制器，即确定校正器的结构与参数。
串联校正控制器的频域设计方法中，使用的校正器有超前校正器、滞后校正器、滞后-超前校正器等。
超前校正设计方法的特点是校正后系统的截止频率比校正前的大，系统的快速性能得到提高，这种校正设计方法对于要求稳定性好、超调量小以及动态过程响应快的系统被经常采用。
滞后校正设计方法的特点是校正后系统的截止频率比校正前的小，系统的快速性能变差，但系统的稳定性能却得到提高，因此，在系统快速性要求不是很高，而稳定性与稳态精度要求很高的场合，滞后校正设计方法比较适合。
滞后-超前校正设计是指既有滞后校正作用又有超前校正作用的校正器设计。
它既具有了滞后校正高稳定性能、高精确度的好处，又具有超前校正响应快、超调小的优点，这种设计方法在要求较高的场合经常被采用。
关键词：ABSTRACTIn classical control theory, system design correction, that is, given the performance for a given object model to determine a controller to complete the system meets the static and dynamic performance requirements, namely to determine the structure and corrector parameter. Frequency Domain controller series corrected using correction has lead corrector corrector lag lag - lead Corrector like. Features advanced design correction method is to correct the system cut-off frequency than the fast performance is improved before the correction is large, the system, this correction method for design requires good stability, small overshoot and dynamic process of rapid response systems are often use. Lag compensation design approach is characterized by system after correcting the cutoff frequency than the fast performance before correction is small, the system is deteriorated but stable performance of the system has improved, therefore, the system speed requirements are not high, and the stability and steady-state high precision of the occasion, lag compensation design method is more suitable. Lag - lead Corrector design means there are both lagging corrective action ahead of corrective action calibration designs. It has a lag correction high stability, high accuracy advantages, but also has the leading correction fast response, small overshoot of the advantages of this design approach in demanding situations are often used.Keywords：第1章绪论1.1 题目背景、研究意义自动控制系统的计算机仿真是一门综合性较强的学科，它涉及到计算机技术，系统科学，控制工程。
控制系统仿真本身是以计算机为工具以数学模型验证控制系统，与实际的控制系统无关，这是一种测试和研究的实用方法如果系统被设计成通过利用矫正方法，以满足频域，频域的量的性能指标的要求。
开环系统的基础上，对数频率特性，以达到起点，串联的校正方法的稳态误差，开环系统的截止频率和相位裕要求。
动态性能，虽然没有严格的定量给定的系统，但它可以容易地确定根据在Bode图的频率域的形式和校正装置的参数，尤其是对于需要高频特性的校正系统中，使用频域校正方法比其它方法更方便。
串联滞后超前校正网络，当确定系统不稳定，需要校正以提高响应速度以及相位裕度，稳定性，校正优点滞后系列应使用 - 超前校正。
其基本原理是利用滞后 - 铅网络的引线部分，以提高系统的相位余量，同时服用的滞后部分的优点，提高了系统的稳定状态的性能。
在当今世界上，最流行的计算机辅助控制系统的设计语言是MATLAB语言，实践证明了MATLAB语言是计算机辅助控制系统分析与设计的最佳伙伴。
MATLAB应用的进一步推广有一大部分原因是图形模型输入交互式计算机仿真环境simulink的加入。
现在,MATLAB语言已经风靡全球,它已成为控制系统cad的最热门的领域，是最流行的软件环境。
随着时代的发展，并在航空航天，机器人控制，导弹制导和核能高科技领域的计算机技术，自动控制理论及应用技术等也越来越深入和广泛。
在21世纪，不管是生物，医学，环境还是经济管理社会生活，许多领域都是自动控制技术大施拳脚的地方，已经是现代社会必要组成部分。
时代在发展，人民生活水平不断提高，人类探索未来，认识和改造自然，建设一个高度文明发达的社会等活动的展开，自动控制理论和技术将进一步发挥更重要的作用。
作为一个工程技术人员了解和掌握自动控制的知识是必要的。
现在几乎全部工厂都使用了自动控制技术，生产效率大大调高，工人的劳动强度大大减轻。
自动控制，这一高精确度的工作，还大大提高了武器效能和作战效率，如火炮自动跟踪系统使用自动控制打下了认为控制和电脑控制的高速飞行的飞机。
有些场合人不直接参与甚至自动控制技术，更离不开一些危险工作工作，如原子能生产，大炮或导弹制导等。
MATLAB软件仿真工具SIMULINK可以为自动控制系统建立数学模型，分析系统并仿真结果，能够随时更改结构与参数，可以快速直观的实现系统的设计并进一步优化。
1.2 自动控制理论发展概述1868年，麦克斯韦用研究数学的方法来研究控制系统的方式，奠定了时域分析方法的基础。
到现在为止，已经出现了经典控制理论和现代控制理论两大基础理论。
自动控制理论随着科学技术的发展，被控对象越来越多，要求的性能要求也越来越高，这之间伴随着自动控制理论的不断发展和完善。
经典控制理论是基于反馈为基础，为系统的数学模型研究了单输入传递函数 - 单输出线性时不变系统的分析和设计，主要用于工业控制和二战期间的军事装备。
1932年，以美国为首的物理学家终于建立了成熟的标准，奠定了频域分析法的基础，随着bode的进一步发展，以频域分析为基础的经典控制理论最终形成。
20世纪60年代，随着现代应用数学成果的应用和引进计算机技术，为了适用航空航天技术的发展，形成了以现代控制理论为基础的状态空间描述，以提高主要的性能，提高精度的最优控制线性可变多参数系统。
现代控制理论不仅在理论上有着理想的结果，在我们国防技术工业控制上也有着不可替代的地位。
但现代科学技术不断发展，人们的要求越来越高，现代工业控制系统也水涨船高，现行反馈控制已经不能够适用于现代社会实际需要。
我们接触到的大多是控制系统都是非线性的即便将其近似线性模型化也难以表现出非线性部分的特点，只能减小难度，控制器的设计也不足以满足要求。
线性系统不能解释众多的实际非线性工作。
在没有非线性系统的理论支持下，只能用线性系统对付分段线性的非线性特性，再用线性控制理论的分析和设计。
在20世纪90年代，由于以微分几何为主的现代数学理论的完善，突破性的解决了复杂控制系统的分析和设计及其优化。
自动控制理论与人类的发展而发展，并随着技术的进步，提高生产率和持续改进。
1.2.1 自动控制理论历史自动控制的开端：自动控制技术始于18世纪，由于第一次工业革命的发展，人们的生产力极大提高，如何在提高生产效率的同时保证生产稳定并且减小人力资源的浪费成为了人们关注的焦点特点：简单单一对象控制。
经典控制理论时期（1940-1960）最开始引起关注的是单一变量系统，比如电动机的调速，汽车速度的控制。
1942年哈里斯最先将传递函数应用于自动控制；1948年伊万恩提出了根轨迹法；1945年Bode出版的《Network Analysis and Amplifier》，是自动控制理论的基础。
1949年vina关于经典控制的著述。
特点：在这时，传函是最基本的研究手段，频域法进入人们的视线，只能够设计单变量线性定常系统，不能解决非线性系统。
现代控制理论时期（20世纪50年代末-60年代初）随着数学的发展，开始研究多变量问题，航天科技的发展以及高科技武器比如导弹，潜艇的火控问题使得人们对于高性能自动控制系统无比渴切。
最优滤波理论;极大值原理等一些重要规律被总结出来。
特点：采用时域法研究时变系统、非线性系统等高性能要求的自动控制系统。
大系统控制时期（1970s-）随着计算机技术的极大发展，各个不同领域互相交织，被计算机系统高效的利用起来。
但是要需要解决的问题也越来越复杂，研究对象复杂无比，多输入多输出非线性成为常态。
智能控制时期近几年来，计算机的简单思想已经不足以解决问题，这时人们提出了人工智能技术，用人的思想指导机器，以人的技巧解决复杂的问题。
