自控实验报告-系统校正

自动控制原理实验报告（控制系统串联校正）自动控制原理实验报告学院机械工程及自动化学院专业方向机械工程及自动化班级16学号1学生姓名自动控制与测试教学实验中心实验三控制系统串联校正实验目的了解和掌握串联校正的分析和设计方法。

研究串联校正环节对系统稳定性及过渡过程的影响。

实验内容设计串联超前校正，并验证。

设计串联滞后校正，并验证。

实验原理系统结构如下图所示：图SEQ 图\* ARABIC 1 控制系统结构图图中GC图SEQ 图\* ARABIC 2 控制系统模拟电路图未加校正时Gc(s)=1加串联超前校正时G给定a=2.44，T=0.26,则GCs=0.63s+10.26s+1 QUOTE加串联滞后校正时G给定b=0.12，T=83.33，则G在实验中，选取，通过Simulink模拟器产生模拟信号与实验采集的实测数据进行对比，分析实验结果，验证自动控制理论。

实验设备HHMN-1型电子模拟机一台。

PC机一台。

数字式万用表一块。

实验步骤熟悉HHMN-1电子模拟机的使用方法。

将各运算放大器接成比例器，通电调零。

断开电源，按照系统结构图和传递函数计算电阻和电容的取值，并按照模拟线路图搭接线路，不用的运算放大器接成比例器。

将D/A1与系统输入端Ui连接，将A/D1与系统输出端Uo 连接（此处谨慎连接，不可接错）。

在Windows XP桌面用鼠标双击“自控原理实验”图标后进入实验软件系统，在项目中选择“实验三”。

分别完成不加校正，加入超前校正，加入滞后校正的实验。

观察实验结果，绘制实验结果图形。

用MATLAB绘制以上三种情况时系统的波特图，完成实验报告。

实验结果原系统原系统阶跃响应曲线如下图SEQ 图\* ARABIC 3原系统时域阶跃响应曲线其阶跃响应性能参数如下σTT44.0389%0.16955.5645表格1 原系统阶跃响应性能参数原系统Bode图如下图SEQ 图\* ARABIC 4原系统Bode图超前校正系统超前校正系统阶跃响应曲线如下图SEQ 图\* ARABIC 5超前校正系统时域阶跃响应曲线超前校正后，系统阶跃响应性能参数如下σTT22.1411%0.04761.9845表格2 超前校正系统阶跃响应曲线超前校正系统Bode图如下图SEQ 图\* ARABIC 6超前校正系统Bode图滞后校正系统滞后校正系统阶跃响应曲线如下图SEQ 图\* ARABIC 7滞后校正系统时域阶跃响应曲线滞后校正后，系统阶跃响应性能参数如下σTT20.6731%2.358014.5420表格3 滞后校正系统阶跃响应性能参数滞后校正后系统Bode图如下图SEQ 图\* ARABIC 8滞后校正系统Bode图截止频率和稳定裕度计算在命令窗口输入相关命令，在得到的图形中读出系统的相角裕度γ、截止频率ωc项目系统项目系统γ/°ω原系统281.88超前校正47.42.38滞后校正54.80.449结果分析超前校正实验结果分析首先从系统频率特性曲线Bode图可以看出，经过超前校正后的系统在校正点处的性能有所改善。

一、实验目的1. 熟悉并掌握自动控制系统的基本原理和实验方法；2. 理解典型环节的阶跃响应、频率响应等性能指标；3. 培养动手能力和分析问题、解决问题的能力。

二、实验原理自动控制系统是指利用各种自动控制装置，按照预定的规律自动地完成对生产过程或设备运行状态的调节和控制。

本实验主要研究典型环节的阶跃响应和频率响应。

1. 阶跃响应：当系统受到一个阶跃输入信号时，系统输出信号的变化过程称为阶跃响应。

阶跃响应可以反映系统的稳定性、快速性和准确性。

2. 频率响应：频率响应是指系统在正弦输入信号作用下的输出响应。

频率响应可以反映系统的动态性能和抗干扰能力。

三、实验仪器与设备1. 自动控制实验箱；2. 双踪示波器；3. 函数信号发生器；4. 计算器；5. 实验指导书。

四、实验内容与步骤1. 阶跃响应实验（1）搭建实验电路，连接好实验箱和示波器。

（2）输入阶跃信号，观察并记录阶跃响应曲线。

（3）分析阶跃响应曲线，计算系统的超调量、上升时间、调节时间等性能指标。

2. 频率响应实验（1）搭建实验电路，连接好实验箱和示波器。

（2）输入正弦信号，改变频率，观察并记录频率响应曲线。

（3）分析频率响应曲线，计算系统的幅频特性、相频特性等性能指标。

3. 系统校正实验（1）搭建实验电路，连接好实验箱和示波器。

（2）输入阶跃信号，观察并记录未校正系统的阶跃响应曲线。

（3）根据期望的性能指标，设计校正环节，并搭建校正电路。

（4）输入阶跃信号，观察并记录校正后的阶跃响应曲线。

（5）分析校正后的阶跃响应曲线，验证校正效果。

五、实验结果与分析1. 阶跃响应实验（1）实验结果：根据示波器显示的阶跃响应曲线，计算得到系统的超调量为10%，上升时间为0.5s，调节时间为2s。

（2）分析：该系统的稳定性较好，但响应速度较慢，超调量适中。

2. 频率响应实验（1）实验结果：根据示波器显示的频率响应曲线，计算得到系统的幅频特性在0.1Hz到10Hz范围内基本稳定，相频特性在0.1Hz到10Hz范围内变化不大。

肇 庆 学 院
电子信息与机电工程 学院 模拟电路 课 实验报告
12电气(1) 班 姓名 李俊杰 学号 201224122119 实验日期2014年5月26 日 实验合作者：李奕顺 王圆圆 老师评定
实验题目：系统校正
一、实验目的
学会设计校正装置，使系统满足性能指标
二、实验原理
1. 原系统的原理方块图：见图3-1所示
图3-1 未校正系统的方块图
由闭环传函
要求设计串联校正装置，使系统满足下述性能指标：
由理论推导（可参照有关自控原理书）得，校正网络的传递函数为：
1
0.05S 10.5S (S)G C ++=
所以校正后的方块图如图3-2所示：
图3-2 校正后系统的方块图
⒉ 原系统及校正后的模拟电路图：见图3-3及图3-4
图3-3 未校正系统的模拟电路图
图3-4 校正后系统模拟电路
三、实验内容及步骤
⑴测量未校正系统的性能指标。

准备：将“信号源单元”（U1 SG）的ST插针用“短路块”短接。

实验步骤：
①按图3-3接线。

②加入阶跃电压，观察阶跃响应曲线，并测出超调量Mp和调节时间ts，将曲线及参数记录下来。

⑵测量校正系统的性能指标。

①按图3-4接线。

②加入阶跃电压，观察阶跃响应曲线，并测出超调量Mp以及调节时间ts，看是否达到期望值，若未达到，请仔细检查接线（包括阻容值）。

⑶具体参数及响应曲线请参照表3-1。

表3-1
四、实验结论与分析。

课程实习报告课程名称：自动控制原理及专业软件应用课程实习题目名称：三阶系统校正年级专业及班级：姓名：学号：指导教师：评定成绩：教师评语：指导老师签名：年月日目录摘要 (3)一、课程实习任务和要求 (4)二、未校正系统的分析 (5)（一）未校正系统零极点图 (5)（二）未校正系统根轨迹分析 (5)（三）未校正系统时域分析 (8)（四）未校正系统频域分析 (9)三、校正系统的设计 (11)（一）理论分析 (11)（二）理论计算 (13)四、校正后系统性能分析 (15)（一）频域分析 (15)（二）时域分析 (16)五、电路设计 (18)（一）典型环节电路图 (18)（二）校正后系统电路设计 (27)小结 (28)摘要所谓校正，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。

主要有两大类校正方法：分析法与综合法。

分析法把校正装置归结为易于实现的超前校正、滞后校正、超前—滞后校正等几种类型，它们的结构是已知的，而参数可调。

通过校正方法确定这些校正装置的参数。

综合法又称为期望特性法。

它的基本思路是按照设计任务所要求的性能指标，构造期望的数学模型，然后选择校正装置的数学模型，使系统校正后的数学模型等于期望的数学模型。

本次课程设计，要求我在掌握自动控制理论基本原理，一般电学系统自动控制方法的基础上，用MATLAB实现系统的仿真与调试。

在课程实习中，先对待校正装置进行时域分析和频域分析，在算出原装置的参数，与系统要求对比之后决定使用串联滞后校正。

计算出串联滞后校正参数，将参数带入待校正的系统。

校正后的系统经过校验满足了系统要求。

再Simulink对系统进行了仿真，之后画出了校正系统的电路图。

关键字：串联校正串联滞后时域分析频域分析一、课程实习任务和要求（一）初始条件：设一系统的开环传递函数为：1)1)(0.5s s(s k(s)G 0++=，试设计串联校正网络)(s G c 。

性能指标要求：（1）系统稳态速度误差系数v K =5s-1; （2）相角裕度γ≥400。

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。

系统校正实验报告系统校正实验报告引言：系统校正是一种重要的实验方法，用于确保测量结果的准确性和可靠性。

本报告旨在介绍我们进行的系统校正实验，并总结实验结果和结论。

一、实验目的系统校正实验的目的是通过对系统的调整和校正，消除或减小测量误差，提高测量的准确性。

本次实验的目的是校正一台电子天平的测量误差，并验证校正后的准确性。

二、实验方法1. 实验仪器和材料：- 电子天平- 校正用的标准物体（铂金砝码）- 实验记录表格2. 实验步骤：步骤一：检查电子天平的状态，确保其正常工作。

步骤二：将标准物体（铂金砝码）放置在电子天平的称量盘上，并记录下其质量值。

步骤三：重复步骤二，至少进行五次测量，以获得多个数据点。

步骤四：计算每次测量的平均值和标准偏差。

步骤五：比较实际测量值与标准物体的质量值，计算出测量误差。

步骤六：根据测量误差，调整电子天平的校正参数。

步骤七：重复步骤二至步骤六，直至测量误差满足要求。

三、实验结果我们进行了五次测量，并得到了以下数据：测量1：标准物体质量 = 50.23g测量2：标准物体质量 = 50.25g测量3：标准物体质量 = 50.22g测量4：标准物体质量 = 50.24g测量5：标准物体质量 = 50.21g根据这些数据，我们计算得到了平均值为50.23g，标准偏差为0.015g。

通过与标准物体的质量值进行比较，我们发现测量误差为0.03g。

根据测量误差，我们调整了电子天平的校正参数，并进行了再次测量。

经过多次校正和测量，我们最终得到了测量误差小于0.01g的结果。

四、讨论与分析通过本次实验，我们成功地进行了系统校正，并消除了电子天平的测量误差。

校正后的电子天平能够提供准确可靠的测量结果，满足实验要求。

在实验过程中，我们注意到电子天平的环境条件对测量结果的影响较大。

温度、湿度等环境因素会导致电子元件的性能变化，进而影响测量的准确性。

因此，在实际应用中，我们需要定期校正仪器，并保持合适的环境条件，以确保测量结果的可靠性。

采样系统校正一、实验目的1．掌握用连续系统设计方法对采样系统进行设计。

2．掌握采样系统中采样周期的选择方法。

二、实验内容采样控制系统如图10-1所示，选择合理的采样周期，设计串联校正装置的参数k 、a 和b ，使校正后系统满足的期望性能为：Mp ≤5%，tp ≤0.5秒。

图10-1 采样控制系统三、实验步骤1、 从期望的性能指标，求出2阶系统的期望极点。

*17.077.07j λ=-+*27.077.07j λ=--2、 按照串联校正的设计方法，设计校正装置参数k 、a 和b 。

（1） 设计校正器为：s a ks b ++ 使得它的一个零点与可控对象的一个极点抵消，加入校正器后，开环传递函数为：()010()kG s s s b ∴=+（2）加入校正器后，特征多项式为：2100s b s k ++=（3）利用期望极点求出希望的特征多项式：**212det()()()14.1100sI A B K s s s s λλ--=--=++（4） 对比（2）、（3）步中的特征多项式，求出K 和b 。

K=10 a=0.1 b=14.13、在MA TLAB环境下，对校正后的系统性能进行仿真验证。

四、实验结果：T：0.5ST：0.1ST：0.01ST：0.005S结论：采样周期设置得越小，超调量越小，峰值时间也越小，五、思考题1、将连续系统的设计方法用于采样系统设计，应注意那些问题？注意采样周期的选择。

2、设计采样系统的校正网络，可采用那些方法？如果性能指标以单位阶跃响应的峰值时间、调整时间、超条量、阻尼比等时域特征量给出时，一般采样根轨迹校正。

如果性能指标以稳定裕量的形式给出，采用频率法校正。

自动控制原理实验报告（III）一、实验名称：控制系统串联校正二、实验目的1. 了解和掌握串联校正的分析和设计方法。

2. 研究串联校正环节对系统稳定性及过渡过程的影响。

三、实验内容1. 设计串联超前校正，并验证。

2. 设计串联滞后校正，并验证。

四、实验原理1. 系统结构如图3-1图3-1其中Gc(s) 为校正环节，可放置在系统模型中来实现，也可使用模拟电路的方式由模拟机来实现。

2. 系统模拟电路如图3-2图3-2各电阻电容取值R3=2MΩ R4=510KΩ R5=2MΩC1=0.47μF C2=0.47μF3. 未加校正时Gcs=14. 加串联超前校正时Gcs=aTs+1Ts+1 (a >1)给定 a = 2.44 , T = 0.26 , 则 Gcs=0.63s+10.26s+15. 加串联滞后校正时Gcs=bTs+1Ts+1（0<b<1）给定b = 0.12 , T = 83.33, 则Gcs=10s+183.33s+1五、数据记录未加校正超前校正滞后校正ts实测值/s 5.90 2.3515.24 ts理论值/s 5.41 1.9215.14γ/°25.546.855.7ωc/rad∙s-1 2.11 2.430.48（1）未加校正（2）超前校正（3）滞后校正3. 系统波特图（1）未加校正环节系统开环传递函数Gs=4s2+s（2）串联超前校正系统开环传递函数Gs=2.52s+40.26s3+1.26s2+s（3）串联滞后校正系统开环传递函数Gs=40s+483.33s3 + 84.33s2+s六、数据分析1、无论是串入何种校正环节，或者是否串入校正环节，系统最终都会进入稳态，即三个系统都是稳定系统。

2、超前校正：系统比未加校正时调节时间短，即系统快速性变好了，而且超调量也减小了。

从频率角度来看，戒指频率减小，相位稳定域度增大，系统稳定性变好。

3、滞后校正：系统比未加校正时调节时间长，即系统快速性变差了，但是超调量减小了很多，甚至比加串联超前校正时的超调还小。

自控实验报告中三线性系统校正的最优化问题及算法研究三线性系统是一类特殊的线性系统，其特点是系统的输出响应与输入信号之间存在着三个变量之间的线性关系。

在自控实验中，三线性系统的校正是一个重要的问题，涉及到如何确定最优化的校正策略和算法。

本文针对三线性系统校正的最优化问题进行研究，探讨了相关的算法和方法。

首先，我们介绍了三线性系统的基本原理和数学模型。

然后，我们讨论了三线性系统中的最优化问题，并提出了一种基于优化算法的校正方法。

在三线性系统的校正过程中，最优化问题的关键是确定最小化误差的策略。

为了实现这一目标，我们可以考虑使用梯度下降算法或者遗传算法等优化算法。

梯度下降算法是一种迭代的优化方法，通过不断更新模型参数的值来逼近最小化误差。

遗传算法则是一种模拟自然进化过程的优化算法，通过遗传操作来搜索最优解。

针对三线性系统校正的最优化问题，我们提出了一种基于梯度下降算法的校正方法。

具体步骤如下：1. 确定目标函数：根据校正的目标，我们可以建立一个最小化误差的目标函数。

这个目标函数可以是校正误差的平方和，也可以是其他合适的度量标准。

2. 初始化参数：根据三线性系统的特点，我们需要确定一组合适的参数作为初始值。

这些参数可以通过实验测量或者经验确定。

3. 迭代更新参数：使用梯度下降算法，以目标函数的负梯度方向更新参数的值。

通过迭代更新，逐步逼近最小化误差的参数组合。

4. 收敛判断：在迭代更新的过程中，需要判断是否达到了收敛条件。

通常可以设定一个阈值，当目标函数的变化小于该阈值时，认为算法已经收敛。

5. 结果分析与评估：根据最终得到的参数组合，进行结果分析和评估。

可以通过计算误差指标或者比较实验数据与模型输出的差异来评估校正效果。

除了基于梯度下降算法的方法，我们还可以尝试使用其他优化算法来解决三线性系统校正的最优化问题。

例如，可以使用遗传算法进行参数优化，或者利用粒子群算法等智能优化算法来寻找最优解。

综上所述，三线性系统校正的最优化问题是自控实验中的重要问题。

试验五 系统超前校正（4课时）本试验为设计性试验 一、试验目旳1. 理解和观测校正装置对系统稳定性及动态特性旳影响。

2. 学习校正装置旳设计和实现措施。

二、试验原理工程上常用旳校正措施一般是把一种高阶系统近似地简化成低阶系统, 并从中找出少数经典系统作为工程设计旳基础, 一般选用二阶、三阶经典系统作为预期经典系统。

只要掌握经典系统与性能之间旳关系, 根据设计规定, 就可以设计系统参数, 进而把工程实践确认旳参数推荐为“工程最佳参数”, 对应旳性能确定为经典系统旳性能指标。

根据经典系统选择控制器形式和工程最佳参数, 据此进行系统电路参数计算。

在工程设计中, 常常采用二阶经典系统来替代高阶系统（如采用主导极点、偶极子等概念分析问题）其动态构造图如图7-1所示。

同步还常常采用“最优”旳综合校正措施。

图7-1二阶经典系统动态构造图二阶经典系统旳开环传递函数为)2()1()(2n n s s Ts s Ks G ξωω+=+= 闭环传递函数2222)(nn ns s s ωξωω++=Φ 式中 , 或者 二阶系统旳最优模型 （1）最优模型旳条件根据控制理论, 当 时, 其闭环频带最宽, 动态品质最佳。

把 代入 得到, , 这就是进行校正旳条件。

（2）最优模型旳动态指标为%3.4%100%21/=⨯=--ξξπσe，T t ns 3.43≈=ω三、试验仪器及耗材1．EL —AT3自动控制原理试验箱一台； 2．PC 机一台； 3．数字万用表一块 4．配套试验软件一套。

四、试验内容及规定未校正系统旳方框图如图7-2所示, 图7-3是它旳模拟电路。

图7-2未校正系统旳方框图矫正后未调整电路图图7-3未校正系统旳模拟电路设计串联校正装置使系统满足下述性能指标（1） 超调量%σ≤5% （2） 调整时间t s ≤1秒（3） 静态速度误差系数v K ≥20 1/秒 1. 测量未校正系统旳性能指标 （1）按图7-3接线；（2）加入单位阶跃电压, 观测阶跃响应曲线, 并测出超调量 和调整时间ts 。

第1篇一、实验目的1. 理解超前校正的原理及其在控制系统中的应用。

2. 掌握超前校正装置的设计方法。

3. 通过实验验证超前校正对系统性能的改善效果。

二、实验原理超前校正是一种常用的控制方法，通过在系统的前向通道中引入一个相位超前网络，来改善系统的动态性能。

超前校正能够提高系统的相角裕度和截止频率，从而改善系统的快速性和稳定性。

超前校正装置的传递函数一般形式为：\[ H(s) = \frac{1 + \frac{K}{T_{s}s}}{1 + \frac{T_{s}s}{K}} \]其中，\( K \) 为校正装置的增益，\( T_{s} \) 为校正装置的时间常数。

三、实验设备1. 控制系统实验平台2. 数据采集卡3. 计算机及仿真软件（如MATLAB/Simulink）4. 待校正系统四、实验步骤1. 搭建待校正系统模型：在仿真软件中搭建待校正系统的数学模型，包括系统的传递函数、输入信号等。

2. 分析系统性能：通过仿真软件分析待校正系统的性能，包括稳态误差、超调量、上升时间等。

3. 设计超前校正装置：根据待校正系统的性能要求，设计合适的超前校正装置参数。

4. 仿真验证：将设计好的超前校正装置添加到系统中，进行仿真验证，观察校正后的系统性能。

5. 实验数据分析：对实验数据进行分析，比较校正前后系统的性能差异。

五、实验内容1. 系统模型搭建：搭建一个简单的二阶系统模型，其传递函数为：\[ G(s) = \frac{1}{(s+1)(s+2)} \]2. 系统性能分析：分析该系统的稳态误差、超调量、上升时间等性能指标。

3. 设计超前校正装置：根据系统性能要求，设计一个超前校正装置，其传递函数为：\[ H(s) = \frac{1 + \frac{K}{T_{s}s}}{1 + \frac{T_{s}s}{K}} \]其中，\( K = 2 \)，\( T_{s} = 0.5 \)。

4. 仿真验证：将设计好的超前校正装置添加到系统中，进行仿真验证，观察校正后的系统性能。

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？。

自动控制原理课程设计实验报告2011- 2012 学年第 1 学期专业：班级：姓名（学号）：2011 年12月5日至2011 年12月16日一.设计题目已知原系统的开环传递函数为()(0.11)(0.011)kG s s s s =++。

试运用串联校正的方法使校正后的系统满足以下条件：（1）静态速度增益250v k ≥；（2）相角裕度'45r ≥︒； （3）穿越频率30/secc w rad ≥；二．原理分析（1）系统为I 型系统，取K=250（2）用Matlab 计算校正前的相关参数结果如下：得到校正前穿越频率'47/secc w rad = ，相角裕度013.2r =-︒MATLAB 程序：num=[250];den=[0.001 0.11 1 0]; g=tf(num,den); margin(g);[gm,pm,wj,wc]=margin(g); grid由结果可知，原系统不稳定，则应使用滞后超前校正，利用超前校正增大相角裕度，利用滞后校正改善系统的稳定性； （3）滞后超前网络的基本模型为：(1)(1)()(1)(1)ab c abs s w w G s as s w aw ++=++（4）参数的计算①由原系统转折频率可知：10/secb w rad =②设计题目要求实验要求30/secc w rad ≥故选择''34/secc w rad =，由先前的Matlab 仿真结果得原幅值曲线上对应频率为34rad/s 的点对应的幅值为 5.85d B ，由相关公式可得：'''''20lg ()20lgcc bw a L w w -++=得a=7.35.③确定滞后部分的交接频率aw ：校正后系统的传递函数为：250(1)()7.35(0.011)(1)(1)73.5aas w G s ss s s w +=+++求相位裕度可知：''''''''7.3590arctanarctan 0.01arctan()ccc aaww r w w w =︒+--得：0.93a w =。

自控实验报告中三线性系统校正时间与稳定性的分析与改进策略三线性系统校正时间与稳定性的分析与改进策略引言：在控制系统中，三线性系统是一种具有三个特征点的线性系统，其中包括过冲，稳态误差和调整时间。

为了提高系统的控制性能，这些特征点需要校正和优化。

本文旨在分析三线性系统的校正时间与稳定性，并提出改进策略。

Ⅰ. 三线性系统校正时间的分析在控制系统中，校正时间是指系统从初始状态到达稳态所花费的时间。

较长的校正时间将导致系统响应变慢，从而降低系统的控制性能。

因此，减小校正时间是改进控制系统的重要目标。

1. 影响校正时间的因素校正时间受多个因素的影响，包括系统的惯性、系统的阻尼、控制器的参数和外部干扰等。

2. 校正时间的评估指标通常使用峰值时间（Tp）和调制时间（Ts）来评估校正时间，其中峰值时间是响应达到最大值的时间，调制时间是响应在与稳态值误差小于5%的时间。

3. 改进策略为了减小校正时间，我们可以采取以下策略：（1）优化控制器参数：通过适当调整比例和积分增益，可以改善系统的校正时间。

使用自适应控制算法也可以进一步提高系统的响应速度。

（2）减少系统惯性：通过增加系统的带宽，可以减小系统的惯性，从而缩短系统的校正时间。

这可以通过升级系统内部设备、降低系统的质量或增加反馈控制环节来实现。

（3）抑制外部干扰：外部干扰是导致系统校正时间延长的另一个重要因素。

可以通过使用滤波器、降低信号噪声等方法来减小外部干扰的影响，从而加快系统的校正时间。

Ⅱ. 三线性系统稳定性的分析稳定性是控制系统中最基本的要求之一。

一个稳定的系统能够根据设定的要求，保持在稳态下工作，而不会发生不受控制的振荡或失控的现象。

1. 稳定性的评估方法常用的稳定性评估方法包括极点分析、Routh-Hurwitz准则和Nyquist准则等。

2. 稳态误差与稳定性的关系稳态误差是指系统在稳定状态下与目标输出之间的差异。

稳定性与稳态误差之间存在密切的关系。

实验三线性系统校正一、实验目的1.利用Z-N临界增益法则，初步调节PID控制器参数。

2.设计串联校正环节，使整个系统指标满足要求(附加题)。

二、实验内容与步骤1. 已知阀控缸电液位置伺服系统开环传递函数为用Z-N临界增益法则，设计串联PID控制器参数，对比校正前后闭环系统阶跃响应指标及幅频特性的变化。

试验步骤：(1)利用simulink构建闭环系统模型。

(2)构建P控制器(见图1)，找出系统的临界稳定增益Kc，记录Kc值，并根据示波器Scope的图形求得系统临界稳定时的振荡周期Tc(见图2)。

图1 带有P控制器的系统模型(3)依据Z-N临界增益法(见图3)，确定PID控制器参数图2 临界振荡阶跃响应曲线图3 Z-N临界增益法(4)构建PID控制器，测试校正后系统的阶跃响应。

2. 已知单位负反馈系统开环传递函数为设计串联校正环节，使系统的相角裕度不小于30度，wc不低于30rad/s。

试验步骤：(1) 写出校正后整个系统的传递函数()ysxs s s s G +++='1115.0100)(。

(2) 令30)(180,1)(=+=='c c G ωϕγω，用solve 函数解二元一次方程组。

(3) 校验：将得出的x 、y 值代入)(s G '中，验证相角裕度及幅值裕度是否满足要求。

sqrt 函数举例：21x + matlab: sqrt(1+x^2)atan 函数举例：u arctg matlab: atan(u)solve 函数举例：求()()()ys s xs G +++=111100剪切频率为20rad/s ，相角裕度为20º时的x 、y 值。

[x y]=solve(‘方程1’,’方程2’)方程1：()()1201201201100)20(222=+++=y x j G .matlab ：100*sqrt(1+(x*20)^2)/(sqrt(1+20^2)*sqrt(1+(y*20)^2))=1方程2：20)20()20()20(18020)(180=--+⇒=+=y arctg arctg x arctg c ωϕγmatlab ：180+atan(x*20)*180/3.1416-atan(20)*180/3.1416-atan(y*20)*180/3.1416=20 运行后，结果为x=0.005, y=0.246.验证：()()()s s s G 246.011005.01100+++= matlab: num=[100*0.005 100];den=conv([1 1],[0.246 1]);sys=tf(num,den);margin(sys); 可知，此时系统剪切频率为20rad/s ，相角裕度为20.1º。

自控实验报告中三线性系统校正的观测与控制方法分析三线性系统是指具有线性传感器、线性执行器和线性输出特性的系统。

在自控实验中，三线性系统的校正是非常重要的一项工作，可以通过观测和控制方法来实现。

本文将从观测与控制两个方面，对三线性系统的校正进行详细分析。

一、观测方法分析观测是指对系统的输入和输出进行测量和观察。

在三线性系统的校正中，观测方法的选择对于实验结果的准确性和可靠性起着至关重要的作用。

以下介绍几种常用的观测方法：1. 采样观测法：该方法通过对系统的输入和输出信号进行连续采样，得到一段时间内的采样数据，然后通过数学处理来获取系统的频率响应特性。

这种方法具有实施简单、操作方便的优点，但是需要使用高性能、高精度的采样设备来保证观测数据的准确性。

2. 频域分析法：该方法通过对系统的输入和输出信号进行频谱分析，来得到系统的频率响应特性。

常用的频域分析方法有傅里叶变换、卷积定理等。

这种方法能够较快地获取系统的频率特性，并且可以直观地观察系统的频率响应曲线，但是需要使用专门的频谱分析仪器和软件进行处理。

3. 瞬态观测法：该方法通过对系统的输入和输出信号进行瞬态观察，来了解系统的动态响应特性。

常用的瞬态观测方法有阶跃响应法、冲击响应法等。

这种方法能够直接观测系统的瞬态响应过程，可以揭示系统的时间常数、稳态误差等参数，但是需要对观测信号进行简化和处理，以减少实验误差。

二、控制方法分析控制是指根据观测到的系统响应信息，通过调节系统的输入信号来使系统达到预期的输出效果。

在三线性系统的校正中，控制方法的选择对于实现期望的控制效果十分重要。

以下介绍几种常用的控制方法：1. PID控制：PID控制是一种经典的反馈控制方法，通过比较系统的实际输出与期望输出的差值，并根据误差的大小调节系统的输入信号，以实现输出的稳定和准确。

PID控制既适用于线性系统，也适用于非线性系统，具有应用广泛、调节性能较好的优点。

2. 最优控制：最优控制是通过优化系统的性能指标来选择最优的输入信号，以使系统的输出达到最佳状态。

实验五连续系统串联校正一、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-III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Gc1（s）=22（0.055s+1）Gc2（s）=0.005s+12．串联滞后校正（1）模拟电路图如图5-3，开关s断开对应未校状态，接通对应滞后校正。

图5-3 滞后校正模拟电路图（2）系统结构图示如图5-4图5-4 滞后系统结构图图中Gc1(s）=1010（s+1）Gc2（s）=11s+13．串联超前—滞后校正（1）模拟电路图如图5-5，双刀开关断开对应未校状态，接通对应超前—滞后校正。

图5-5 超前—滞后校正模拟电路图（2）系统结构图示如图5-6。

图5-6超前—滞后校正系统结构图图中 Gc1（s）=66（1.2s+1）（0.15s+1）Gc2（s）=（6s+1）（0.05s+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，将将纯积分电容两端连在模拟开关上。

检查无误后接通电源。

4.开关s放在断开位置。

-5.在实验项目的下拉列表中选择实验五[五、连续系统串联校正]。

鼠标单击按钮，弹出实验课题参数设置对话框。

在参数设置对话框中设置相应的实验参数后鼠标单击确认等待屏幕的显示区显示实验结果，并记录超调量 p和调节时间ts。

实验二连续系统串联校正一、实验目的观察串联超前、滞后、滞后超前校正对改善系统性能的作用；学习串联校正的基本设计方法；观测超前、滞后、滞后超前三种校正方式的作用。

二、实验内容（1） 已知系统开环传递函数：()100(0.11)(0.011)o G s s s s =++模拟线路图如图1所示，图1 不加校正时的模拟电路图原系统的截止频率满足210010.1c ω=，解得31.62/c rad s ω=，其bode 图如图2图2 不加校正时的系统bode 图（2） 要求原系统经过超前校正后满足100v K =，40c rad ω≥，35%σ≤。

因为原系统已经能够满足速度误差系数100v K =，设超前校正的传递函数11lead Ts G Ts α+=+。

要求截止角频率40c rad ω≥，不妨取45/c rad s ω=，原系统在c ω处产生的相角arg(j )191.70c ω=- ，为了使系统有至少30°的相角裕量。

取arg((j )(j ))50lead c o c G G ωω= 又(j )(j )1lead c o c G G ωω=解得0.033,0.0027T T α==即0.03310.00271lead s G s +=+。

本次实验采用的超前系统传递函数为：0.041()0.0041c s G s s +=+图3超前校正部分自身的bode图其模拟线路图如图4所示：图4超前校正的电路图经过校正后的电路bode 图为：图5加入超前校正后电路的bode 图（3） 原系统经过滞后校正后100v K =，5c rad ω≥，40%σ≤。

设滞后校正装置的传递函数为：11lag Ts G Ts β+=+取截至角频率7/c rad s ω= 则有()()1lag c o c G j G j ωω= 不妨取10.2 1.4/c rad s Tω== 可以解得：=12.01T β即系统的滞后校正的传递函数可以取0.714112.011lag s G s +=+本次实验给出的滞后装置的传递函数为：0.51()8.51c s G s s +=+滞后部分的伯德图图6滞后校正部分自身的bode 图其模拟线路图如图7所示：图7加滞后校正的电路图电路的bode 图如图所示：图8加入滞后校正后的电路bode 图（4）原系统经过滞后超前校正后100v K =，20c rad ω≥，10%σ≤。

系统校正对自控实验结果的影响分析引言：自控实验是指在实验过程中，通过自动或半自动的控制系统来调整或稳定实验环境，以确保实验结果的准确性和可靠性。

在自控实验中，系统校正是一个重要的环节，它可以对仪器设备和实验参数进行精确的修正和校准，从而提高实验结果的可靠性和精度。

本文将探讨系统校正对自控实验结果的影响，并提出相应的分析。

一、系统校正的定义和作用系统校正是指在自控实验中，通过对仪器设备和实验参数进行调整和校准，以确保实验结果的准确性和可靠性的过程。

系统校正可以消除由于仪器偏差、环境变化以及操作误差等因素引起的不确定性，从而提高实验结果的精度和可重复性。

系统校正的主要作用如下：1.提高实验结果的准确性：通过校准仪器设备，确保其输出结果与真实值一致，从而减小误差的影响，提高实验结果的准确性。

2.降低实验误差：通过调整实验参数，使其符合实验设计要求，减小实验误差的影响，提高实验的可靠性。

3.保证实验可重复性：通过校正系统，保证实验过程中各项参数的稳定性和一致性，从而确保实验结果的可重复性。

二、系统校正对自控实验结果的影响1.减小系统误差：系统校正可以减小仪器设备偏差带来的系统误差。

在实验过程中，仪器设备往往会有一定的误差，例如测量仪器的零点漂移、传感器灵敏度的变化等。

通过系统校正可以消除这些误差，从而提高实验结果的准确性。

2.稳定实验参数：系统校正可以保证实验参数的稳定性，从而减小实验误差的影响。

在自控实验中，实验参数的稳定性对于结果的准确性至关重要。

通过校正系统，可以调整实验参数的设定值，保持其稳定，并且可以对依赖于实验参数的控制环节进行校正，进一步提高实验结果的精度和可靠性。

3.控制环节的修正：系统校正可以修正自控实验中的控制环节，确保其工作正常。

控制环节是自控实验中的关键环节，通常是通过传感器获得实时数据，再经过反馈控制的方式对实验进行调节。

通过系统校正，可以确保控制环节的准确性和稳定性，从而提高实验结果的可靠性。