连续系统串联校正

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。

自动控制原理简答题自动控制原理简答题47、传递函数：传递函数是指在零初始条件下，系统输出量的拉式变换与系统输入量的拉式变换之比。

48、系统校正：为了使系统达到我们的要求，给系统加入特定的环节，使系统达到我们的要求，这个过程叫系统校正。

49、主导极点：如果系统闭环极点中有一个极点或一对复数极点据虚轴最近且附近没有其他闭环零点，则它在响应中起主导作用称为主导极点。

51、状态转移矩阵：，描述系统从某一初始时刻向任一时刻的转移。

52、峰值时间：系统输出超过稳态值达到第一个峰值所需的时间为峰值时间。

53、动态结构图：把系统中所有环节或元件的传递函数填在系统原理方块图的方块中，并把相应的输入输出信号分别以拉氏变换来表示从而得到的传递函数方块图就称为动态结构图。

54、根轨迹的渐近线：当开环极点数n 大于开环零点数m 时，系统有n-m 条根轨迹终止于S 平面的无穷远处，且它们交于实轴上的一点，这n-m 条根轨迹变化趋向的直线叫做根轨迹的渐近线。

55、脉冲传递函数：零初始条件下，输出离散时间信号的z变换与输入离散信号的变换之比，即。

56、Nyquist判据（或奈氏判据）：当ω由-∞变化到+∞时，Nyquist曲线（极坐标图）逆时针包围（-1，j0）点的圈数N，等于系统G(s)H(s)位于s右半平面的极点数P ，即N=P，则闭环系统稳定；否则（N≠P）闭环系统不稳定，且闭环系统位于s右半平面的极点数Z为：Z=∣P-N∣ 57、程序控制系统: 输入信号是一个已知的函数，系统的控制过程按预定的程序进行，要求被控量能迅速准确地复现输入，这样的自动控制系统称为程序控制系统。

58、稳态误差：对单位负反馈系统，当时间t趋于无穷大时，系统对输入信号响应的实际值与期望值（即输入量）之差的极限值，称为稳态误差，它反映系统复现输入信号的（稳态）精度。

59、尼柯尔斯图（Nichocls图）：将对数幅频特性和对数相频特性画在一个图上，即以（度）为线性分度的横轴，以l(ω)=20lgA(ω)（db）为线性分度的纵轴，以ω为参变量绘制的φ(ω) 曲线，称为对数幅相频率特性，或称作尼柯尔斯图（Nichols图）60、零阶保持器：零阶保持器是将离散信号恢复到相应的连续信号的环节，它把采样时刻的采样值恒定不变地保持（或外推）到下一采样时刻。

第一章测试1.自动控制系统的工作原理是检测{偏差}，再以{偏差}为控制作用，从而消除偏差。

（）A:对B:错答案:A2.自动控制装置由{测量元件}，{比较元件}，调节元件，{执行元件}四部分组成。

（）A:错B:对答案:B3.连续系统是指系统中各部分的输入和输出信号都是连续变化的模拟量。

（）A:对B:错答案:A4.线性定常系统是用线性常系数微分方程描述的系统。

（）A:对B:错答案:A5.给定输入是对系统输出量的要求值。

（）A:对B:错答案:A6.被控量是指被控系统所要控制的物理量。

（）A:对B:错答案:A7.被控对象是指被控制的机器，设备和生产过程。

（）A:对B:错答案:A8.下列选项中，开环控制系统是指系统的输出量对系统（）。

A:无控制作用B:其他选项都包括C:有无控制作用答案:A9.闭环控制系统是系统的输出量对系统有控制作用。

（）A:对答案:A10.开环控制系统的特点是结构简单，无反馈，不能纠正偏差。

闭环控制系统的特点是能自动纠正偏差，需要考虑稳定性问题。

（）A:错B:对答案:B第二章测试1.求图示系统的传递函数（）A:B:C:D:答案:B2.下列选项中，求图示无源网络的传递函数G(S)==（）A:B:C:D:答案:B3.下列选项中，求图示无源网络的传递函数G(S)==（）A:B:C:D:答案:D4.下列选项中，求图示无源网络的传递函数G(S)=（）A:B:C:D:答案:C5.用解析法列写线性系统的微分方程有哪些步骤？（）。

A:确定输入输出、根据物理定律列元件各变量的微分方程、消中间变量、标准化B:确定输入、根据物理定律列元件各变量的微分方程、标准化C:确定输入输出、根据物理定律列元件各变量的微分方程、消中间变量D:确定输入、根据物理定律列元件各变量的微分方程、消中间变量、标准化答案:A6.传递函数与输入和初始条件无关。

（）A:错答案:B7.物理性质不同的系统，完全可以有相同的传递函数。

（）A:错B:对答案:B8.状态向量是以状态变量为元所组成的向量。

1、自动化控制按照控制理论可分为两部分：经典控制理论和现代控制理论。

2、反馈定义：将系统的输出全部或部分地返送回系统的输入端并与输入信号共同作用于系统的过程。

3、闭环控制系统的组成：给定元件，反馈元件，比较元件，放大元件，执行元件，和校正元件等单元组成。

4、给定元件的作用：主要用于产生给定信号或输入信号。

5、偏差的定义：系统的输入量与反馈量之差，即比较环节的输出。

6、按系统中传递信号的性质把系统分为：连续控制系统和离散控制系统两大类。

7、控制系统的基本要求：稳定性、准确性、快速性。

8、数学模型；数学模型是描述系统输入输出变量以及内部各变量之间相互关系的数学表达式。

9、工程上常用的数学模型：微分方程、传递函数、和状态方程。

10、传递函数的定义：传递函数是线性定常系统在零初始条件下，输出量的拉普拉斯变换与输入量的拉普拉斯变换之比。

11、比例环节：输出量以一定的比例复现输入量，不失真不滞后的环节，称为比例环节。

表达式为：K U U G s i S S ==)()(0)( 12、系统框图：系统中各个元件功能和信号流向的图解表示。

13、梅逊公式的作用；可以直接求得输入量到输出量的系统传递函数。

14、时域分析;就是根据系统的微分方程，采用拉普拉斯变换法直接解出系统的时间响应，再根据时间响应的表达式和时间响应曲线来分析系统的稳定性、准确性、快速性。

15、系统时间响应的组成；瞬态响应和稳定响应。

16、根据阻尼系统判断二介系统：①当0<ξ<1时 二阶系统称为欠阻尼系统 ②当ξ=1时 二阶系统称临界阻尼系统 ③当ξ>1时 二阶系统称为过阻尼系统 ④当ξ=0时 二阶系统称为零阻尼系统17、稳态误差；系统进入稳态后其实际输出量与期望输出量之间的相差程度。

18、系统的类型是根据闭环系统的开环传递函数来定义的。

19、频率响应;系统对正弦输入的稳态响应。

20、最小相位系统；系统传递函数)(S G 的所有零点和极点均在[s]平面的左半平面则该系统为最小相位系统。

1.在零初始条件下，线性定常系统输出量的拉普拉斯变换与输入量的拉普拉斯变换值比，定义为线性定常系统的传递函数。

传递函数表达了系统内在特性，只与系统的结构、参数有关，而与输入量或输入函数的形式无关。

2.一个一般控制系统由若干个典型环节构成，常用的典型环节有比例环节、惯性环节、积分环节、微分环节、振荡环节和延迟环节等。

3.构成方框图的基本符号有四种，即信号线、比较点、方框和引出点。

环节串联后总的传递函数等于各个环节传递函数的乘积。

环节并联后总的传递函数是所有并联环节传递函数的代数和。

在使用梅森增益公式时，注意增益公式只能用在输入节点和输出节点之间。

上升时间tr、峰值时间tp和调整时间ts反应系统的快速性；而最大超调量Mp 和振荡次数则反应系统的平稳性。

稳定性是控制系统的重要性能，使系统正常工作的首要条件。

控制理论用于判别一个线性定常系统是否稳定提供了多种稳定判据有：代数判据（Routh与Hurwitz 判据）和Nyquist稳定判据。

系统稳定的充分必要条件是系统特征根的实部均小于零，或系统的特征根均在跟平面的左半平面。

稳态误差与系统输入信号r(t)的形式有关，与系统的结构及参数有关。

系统只有在稳定的条件下计算稳态误差才有意义，所以应先判别系统的稳定性。

Kp的大小反映了系统在阶跃输入下消除误差的能力，Kp越大，稳态误差越小;Kv的大小反映了系统跟踪斜坡输入信号的能力，Kv越大，系统稳态误差越小；Ka的大小反映了系统跟踪加速度输入信号的能力，Ka越大，系统跟踪精度越高扰动信号作用下产生的稳态误差essn除了与扰动信号的形式有关外，还与扰动作用点之前（扰动点与误差点之间）的传递函数的结构及参数有关，但与扰动作用点之后的传递函数无关。

超调量仅与阻尼比ξ有关，ξ越大，Mp则越小，相应的平稳性越好。

反之，阻尼比ξ越小，振荡越强，平稳性越差。

当ξ=0，系统为具有频率为Wn的等幅震荡。

过阻尼ξ状态下，系统相应迟缓，过渡过程时间长，系统快速性差；ξ过小，相应的起始速度较快，但因震荡强烈，衰减缓慢，所以调整时间ts亦长，快速性差。

三.名词解释47、传递函数：传递函数是指在零初始条件下，系统输出量的拉式变换与系统输入量的拉式变换之比。

48、系统校正：为了使系统达到我们的要求，给系统加入特定的环节，使系统达到我们的要求，这个过程叫系统校正。

49、主导极点：如果系统闭环极点中有一个极点或一对复数极点据虚轴最近且附近没有其他闭环零点，则它在响应中起主导作用称为主导极点。

50、香农定理：要求离散频谱各分量不出现重叠,即要求采样角频率满足如下关系： ωs ≥2ωmax 。

51、状态转移矩阵：()At t e φ=，描述系统从某一初始时刻向任一时刻的转移。

52、峰值时间：系统输出超过稳态值达到第一个峰值所需的时间为峰值时间。

53、动态结构图：把系统中所有环节或元件的传递函数填在系统原理方块图的方块中，并把相应的输入、输出信号分别以拉氏变换来表示，从而得到的传递函数方块图就称为动态结构图。

54、根轨迹的渐近线：当开环极点数 n 大于开环零点数 m 时，系统有n-m 条根轨迹终止于 S 平面的无穷远处，且它们交于实轴上的一点，这 n-m 条根轨迹变化趋向的直线叫做根轨迹的渐近线。

55、脉冲传递函数：零初始条件下，输出离散时间信号的z 变换()C z 与输入离散信号的z 变换()R z 之比，即()()()C z G z R z =。

56、Nyquist 判据（或奈氏判据）：当ω由-∞变化到+∞时， Nyquist 曲线（极坐标图）逆时针包围（-1，j0）点的圈数N ，等于系统G(s)H(s)位于s 右半平面的极点数P ，即N=P ，则闭环系统稳定；否则（N ≠P ）闭环系统不稳定，且闭环系统位于s 右半平面的极点数Z 为：Z=∣P-N ∣57、程序控制系统: 输入信号是一个已知的函数，系统的控制过程按预定的程序进行，要求被控量能迅速准确地复现输入，这样的自动控制系统称为程序控制系统。

58、稳态误差：对单位负反馈系统，当时间t 趋于无穷大时，系统对输入信号响应的实际值与期望值（即输入量）之差的极限值，称为稳态误差，它反映系统复现输入信号的（稳态）精度。

可编辑修改精选全文完整版《自动控制原理及系统》教学大纲适用专业：高职电子电气工程专业学时数：60一、课程的性质与任务《自动控制原理及系统》课程是高职电子电气工程专业的一门专业课。

在学习《数学》、《物理学》、《电路》课程的基础上进行授课。

通过讲课﹑实验完成下列任务：1.掌握自动控制的有关名词的定义，了解控制系统的数学模型，掌握传递函数和状态方程。

2.掌握时域法、根轨迹法、频率特性法分析计算线性连续系统在结构参数已定的条件下的稳定性、稳态性能和暂态性能。

3.讨论线性连续系统根据提出的性能要求，利用频率法对系统进行校正的方法。

4.了解采样控制系统的基本概念和利用时域法的分析计算。

介绍非线性系统的基本知识和分析的初步方法。

二、课题及课时分配三、课程教学内容和要求课题一控制系统的基本概念1．简述控制系统的基本概念。

2．开环、闭环控制系统的特点。

3．闭环控制系统的基本要求、组成和分类。

教学要求：掌握开环、闭环控制系统的特点及闭环系统的组成和分类。

课题二控制系统的数学模型1．控制系统的数学模型的基本概念。

2．系统的运动方程式和状态方程式。

3．线性系统及典型环节的传递函数。

4．系统的方框图变换。

教学要求：掌握系统的运动方程式和状态方程式、线性系统及典型环节的传递函数。

课题三控制系统的时域分析1．时域分析的基本概念。

2．控制系统的典型输入，线性系统稳定性的概念。

3．稳定判据，控制系统的稳态误差。

4．一阶、二阶系统的时域响应。

教学要求：理解时域分析的基本概念，了解稳定判据，控制系统的稳态误差。

课题四控制系统的根轨迹分析1．根轨迹的基本概念。

2．根轨迹的绘制法则，用根轨迹分析系统的暂态特性。

3．开环零、极点的变化对根轨迹的影响。

教学要求：掌握根轨迹的绘制法则，用根轨迹分析系统的暂态特性。

课题五控制系统的频域分析1．频率特性的基本概念。

2．典型环节的频率特性。

3．系统开环频率特性的绘制，奈魁斯特稳定判据。

4．开环频率特性与系统稳态误差。

可编辑修改精选全文完整版目录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 .. (2)2.1 校正前系统的参数 (2)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 .......................... 3 2.1.3 用MATLAB 绘制校正前系统的根轨迹 .............................................. 4 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)3 心得体会.................................................................................................................. 12 参考文献 . (13)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。

西交《自动控制理论》在线作业
试卷总分:100 得分:100
一、多选题(共13 道试题,共39 分)
1.相位超前校正具有以下特点（）
A.系统带宽变窄，降低了系统响应的快速性
B.增益和型次未改变，稳态精度变化不大
C.加大带宽，加快了系统的响应速度，即改善系统的瞬态性能
D.增大相位裕度，提高了系统的相对稳定性
答案:BCD
2.属于代数稳定性判据的有（）。

A.奈奎斯特判据
B.波德判据
C.胡尔维兹判据
D.劳斯判据
答案:CD
3.关于传递函数正确的说法有( )
A.传递函数的分母与系统的输入无关
B.传递函数分母中s的阶次不小于分子中s的阶次
C.传递函数是无量纲的
D.不同物理类型的系统，可以具有相同形式的传递函数。