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第六章自动控制原理自动控制系统的校正自动控制原理是指通过一系列的传感器、执行器和控制器等装置，对待控制对象进行检测、判断和调节，以实现对系统的自动调控和校正。
在自动控制系统中，校正是一个重要的环节，对于确保系统的稳定性、准确性和可靠性具有至关重要的作用。
接下来，本文将简要介绍自动控制系统的校正方法和重要性。
首先，自动控制系统的校正主要包括以下几个方面：1.传感器校正：传感器作为自动控制系统中的重要组成部分，负责将物理量转化为电信号进而进行处理。
传感器的准确性直接影响着系统的测量和控制效果，因此需要对传感器的灵敏度、精度和线性度等进行校正，以提高系统的测量准确性。
2.执行器校正：执行器主要负责将控制信号转化为物理动作，控制系统的输出效果依赖于执行器的准确性和稳定性。
因此，需要对执行器的响应速度、灵敏度和动态补偿等进行校正，以确保系统的控制精度和稳定性。
3.控制器校正：控制器是自动控制系统的核心部分，负责对传感器数据进行处理和判断，并生成相应的控制信号。
对于不同类型的控制器，需要根据系统的需求和特点进行各种参数的校正和调整，以保证系统的控制效果。
4.系统校正：系统校正是指对整个自动控制系统进行整体的校准和调整。
由于控制系统中存在着多种参数和输入信号，这些参数和信号之间的相互作用会对系统的控制效果产生影响。
因此，需要对系统的整体参数进行校正，以确保系统的稳定性和性能达到预期的要求。
其次，自动控制系统的校正具有以下几个重要性：1.提高系统的准确性：通过对传感器、执行器和控制器进行校正，可以消除误差、降低噪声的影响，提高系统的测量和控制准确性。
这对于一些对测量和控制精度要求较高的系统而言尤为重要，如飞行器、自动化生产线等。
2.提高系统的稳定性：通过对控制器和系统参数的校正和调整，可以改善系统的阻尼特性和相应速度，增强系统的稳定性和快速响应能力。
这对于一些需要频繁变动的系统而言尤为重要，如电力系统、机械运动系统等。
自动控制原理校正课程设计-- 线性控制系统校正与分析课程设计报告书题目线性控制系统校正与分析院部名称机电工程学院专业10电气工程及其自动（单）班级组长姓名学号设计地点工科楼C 214设计学时1周指导教师金陵科技学院教务处制目录目录 (3)第一章课程设计的目的及题目 (4)1.1课程设计的目的 (4)1.2课程设计的题目 (4)第二章课程设计的任务及要求 (6)2.1课程设计的任务 (6)2.2课程设计的要求 (6)第三章校正函数的设计 (7)3.1设计任务 (7)3.2设计部分 (7)第四章系统动态性能的分析 (10)4.1校正前系统的动态性能分析 (10)4.2校正后系统的动态性能分析 (13)第五章系统的根轨迹分析及幅相特性 (16)5.1校正前系统的根轨迹分析 (16)5.2校正后系统的根轨迹分析 (18)第七章传递函数特征根及bode图 (20)7.1校正前系统的幅相特性和bode图 (20)7.2校正后系统的传递函数的特征根和bode图 (21)第七章总结 (23)参考文献 (24)第一章 课程设计的目的及题目1.1课程设计的目的⑴掌握自动控制原理的时域分析法，根轨迹法，频域分析法，以及各种补偿（校正）装置的作用及用法，能够利用不同的分析法对给定系统进行性能分析，能根据不同的系统性能指标要求进行合理的系统设计，并调试满足系统的指标。
⑵学会使用MATLAB 语言及Simulink 动态仿真工具进行系统仿真与调试。
1.2课程设计的题目 已知单位负反馈系统的开环传递函数)125.0)(1()(0++=s s s K s G ，试用频率法设计串联滞后校正装置，使系统的相角裕量 30>γ，静态速度误差系数110-=s K v 。
\第二章课程设计的任务及要求2.1课程设计的任务设计报告中，根据给定的性能指标选择合适的校正方式对原系统进行校正（须写清楚校正过程），使其满足工作要求。
然后利用MATLAB对未校正系统和校正后系统的性能进行比较分析，针对每一问题分析时应写出程序，输出结果图和结论。
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。
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。
自校正控制系统分析
摘要：本文介绍了自校正控制系统的基本结构，主要介绍了基于PID 结构的间接自校正控制系统的控制算法，并通过实例仿真结果，表明了自校正PID 控制不仅需要调整的参数少，而且还能够根据对象特性的变化在线修改这些参数，增强了控制器的自适应能力。
关键字：自校正控制系统；PID 控制；自适应能力
1 引言
自校正控制系统主要由参数估计器、控制器设计、控制器和被控对象4部分组成，如图1所示。
该系统内环由被控对象和可调控制器组成，外环则由过程模型参数估计器和控制器参数计算器所组成，其任务是辨识过程参数再按选定的设计方法综合出控制器参数，用以修改内环的控制器。
这类系统的特点是必须对过程或者被控对象进行在线辨识估计器，然后用对象参数估计值和事先规定的性能指标在线综合出调节器的控制参数，并根据此控制参数产生的控制作用对被控对象进行控制经过多次地辨识和综合调节参数可以使系统的性能指标趋于最优。
图1 自适应控制系统结构图
自适应控制算法对于复杂系统能够达到较好的控制精度跟踪速度以及稳定性，其实时性好，算法简单，易于实现。
然而，在PID 控制中，一个至关重要的问题就是PID 参数的整定。
典型的PID 参数整定方法是在获取被控对象数学模型的基础上，根据某一整定规则来确定参数。
PID 参数整定的优劣，不但会影响到控制质量，而且会影响到控制系统的稳定性和鲁棒性。
本文介绍了基于PID 结构的间接自校正控制。
2 基于PID 结构的间接自校正控制
自校正PID 控制算法的设计思想是: 以极点配置控制律为控制器基本形式，引入递推算法估计对象参数，并将估计结果按极点配置法进行控制器参数的设计。
下面介绍自校正PID 控制器。
被控对象为
)()()()()(11k e k u z B z k y z A d +=--- （1） 式中，u(k)，y(k)表示系统的输入和输出，e(k)为外部扰动，d ≥为纯延迟，且221111)(---++=z a z a z A ，21101)(---+⋅⋅⋅++=z b z b b z B b n 。
对系统（1）采用PID 控制，此时，对应的PID 控制器可表示为
)()()()()()(1111k y z R k y z R t u z F r ----= （2）
∆=--)()(1
11z F z F （3） 过 程过程模型参数估计器
可调控制器
输出控制量输入
过程参数
控制器
参 数
控制器参数
计算器
其中，
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨⎧++==++=+⋅⋅⋅++=-------2101221101111)1()()(1)(g g g G z R z g z g g z G z f z f z F f
f n n
将式（2）代入式（1）得到闭环系统输出为
)()-()(111k e BG
z AF F d k y BG z AF BR k y d r d --+++= （4） 令闭环特征多项式为期望传递函数分母多项式，即
m d A BG z AF =+-1 （5）
对于m A 的选择需要满足极点配置控制所相应的相容性条件，如下式所示:
⎪⎩⎪⎨⎧---≥-≥-=+-1
deg deg deg 2deg deg deg deg deg 0'B A A A B A B A B B B m m m m m m （6）
结合式（3） ，上式又可表示成
m d A BG z AF =+∆- （7） 式中，)()1()(111----=∆z A z z A 。
为保证式（3）有唯一解，需令AF ∆和BG z d -有相同阶次，且等式右边阶次必须小于等式左边阶次，即满足下列关系:
⎩⎨
⎧++≤-+=2deg deg 1deg deg d B A d B F m （8） 当)(1-z A ，)(1-z B 参数未知时，需要采用自校正控制算法。
自校正PID 控制有间接自校正控制和直接自校正控制两种方式。
间接自校正控制算法归纳如下:
已知：模型结构a n 、b n 及d ，期望闭环特征多项式m A .
1) 输入初始数据，设置初值)0(^θ、P(0)及遗忘因子λ;
2) 对当前实际输出y(k)和期望输出)(k y m 进行采样;
3) 利用遗忘因子递推最小二乘法在线实时辨识被控对象参数^θ，即^A 、^
B ;
4) 求解F ，G 继而求取F F ∆=1，)1(G R = ;
5) 由(2 ) 计算控制量u(k) ;
6) 返回1+→k k ，继续循环。
当对象参数已知时，直接采用PID 极点配置控制; 当对象参数未知时，采用自校正PID 控制间接算法。
3 仿真实验及结果
已知过程为
21131
6065.06065.11)0902.01065.0()(-----+-+=z z z z z G 现要求
21221114966.03205.111)(-----+-=++=z z z a z a z A m m m
且输出跟踪参考输入无稳态误差，试用极点配置法设计控制器。
解：过程极点为1和0.6065，过程零点为0.8469，接近单位圆，属阻尼较差。
在此，仅考虑过程零点不被对消的情况：
10902.01065.0,1--++==z B B
由式（6）取等号，
1102221deg deg deg 2deg 0=---⨯=---=+B A A A m 设110104.011)(---+=+=z z a z A ，由于式（7）右边的3)deg(0=A A m ，所以左边两项的阶次也定为3，即1deg ,1deg deg 1===G F F ，相应项设为
110111,1--+=+==z g g G z f F F
由式（7）有
)1)(1()
)(()1)(1(1022111101101112211---------+++=++++++z a z a z a z g g z b b z z f z a z a m m
比较两边同幂次系数，解得
8816.0,1350.2,4586.0101-===g g f
111.88160-1350.2,4586.01--=+==z G z F F
110102
2111
03581.08953.0)1(1)(-----+=++++==z z a b b z a z a z A B R m m mo 根据式（2），有控制表达式
)1(8816.0)(1350.2)1(3581.0)(8953.0)1(4586.0)(-+--++--=k y k y k y k y k u k u r r 仿真结果：图2为参考输入)(t y r 和实际输出)(t y 的仿真曲线图，图3为控制量)(t u 的仿真曲线图。
由图可知，通过自校正PID 控制，系统的输出基本满足参考输出的变化，同时控制量也能随着系统的变化作出相应的调整。
图2 )()(t y t y r 和曲线图 图3 控制量)(t u 曲线图 4 结论
通过实例仿真结果，表明了自校正PID 控制不仅需要调整的参数少，而且还能够根据对象特性的变化在线修改这些参数，增强了控制器的自适应能力。
参考文献
[1] 徐湘元.自适应控制理论与应用.电子工业出版社,2007.
[2] 柴天佑.自适应控制.沈阳:东北大学出版社.1993.
[3] 李清泉.适应控制系统理论设计与应用.北京:科学出版社,1990.
[4] 陈宗荃.自适应技术的理论与应用.北京.北京:从空从天大学出版社,1991.
[5] 刘兴堂.应用自适应控制.西安:西北工业大学出版社,2003.
[6] 韩曾晋.自适应控制.北京:清华大学出版社,1995。
