安徽工程大学《自动控制原理》实验四 自动控制系统的校正

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。

实验四 自动控制系统的动态校正仿真实验

实验可在真实系统进行，亦可在模型上进行仿真。真实系统需要物理环境和实验设备、仪器，按实际系统的运行模式进行实验；仿真实验是利用模型(物理的或数学的)进行系统动态特性研究的实验。MATLAB提供的控制系统数学仿真工具包SIMULINK，提供了一般控制系统所需的模块和用户创建模块功能，允许用户用框图的形式搭建任意系统并进行仿真，是控制系统研究设计的重要手段，在控制系统的仿真中获得了广泛的应用。

一．实验目的

1．了解MATLAB数学仿真工具包SIMULINK

2．学习SIMULINK在自动控制系统的仿真应用

3．研究串联校正对系统稳定性及过渡过程的影响

二．实验内容及实验原理

1．Simulink进行系统仿真方法

1）安装并启动MATLAB

2）启动Simulink进入仿真环境

单击MATLAB Command窗口工具条上的Simulink图标，或者在MATLAB命令窗口输入simulink，即弹出图示的模块库窗口界面(Simulink Library

Browser)。该界面右边的窗口给出Simulink所有的子模块库。每个子模块库中模块可直接用于建立系统的Simulink框图模型。 - 1 -

3）打开空白模型窗口用来建立系统的仿真模型

MATLAB主界面中选择【File:NewModel】菜单项；所打开的空白模型窗口如图所示

4）将模块库的相应模块复制到该窗口，通过相应的连接可建立Simulink仿真系统结构图

 在Simulink模型或模块库窗口内，用鼠标左键单击所需模块图标，按住鼠标左键不放并移动鼠标至目标模型窗口指定位置，释放鼠标即完成模块拷贝，用鼠标选中模块按Del键即可删除，选取菜单Format→RotateBlock，可使模块旋转90°。

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 用鼠标双击指定模块图标，打开模块对话框，根据对话框栏目中提供的信息进行参数设置或修改。

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。

自动控制系统的校正

自动控制系统的校正

第一节校正的基本概念

一、校正的概念

当控制系统的稳态、静态性能不能满足实际工程中所要求的性能指标时，首先可以考虑调整系统中可以调整的参数；若通过调整参数仍无法满足要求时，则可以在原有系统中增添一些装置和元件，人为改变系统的结构和性能，使之满足要求的性能指标，我们把这种方法称为校正。增添的装置和元件称为校正装置和校正元件。系统中除校正装置以外的部分，组成了系统的不可变部分，我们称为固有部分。

二、校正的方式

根据校正装置在系统中的不同位置，一般可分为串联校正、反馈校正和顺馈补偿校正。

1．串联校正

校正装置串联在系统固有部分的前向通路中，称为串联校正，如图5-1所示。为减小校正装置的功率等级，降低校正装置的复杂程度，串联校正装置通常安排在前向通道中功率等级最低的点上。

图5-1 串联校正

2．反馈校正

校正装置与系统固有部分按反馈联接，形成局部反馈回路，称为反馈校正，如图5-2所示。

3．顺馈补偿校正

顺馈补偿校正是在反馈控制的基础上，引入输入补偿构成的校正方式，可以分为以下两种：一种是引入给定输入信号补偿，另一种是引入扰动输入信号补偿。校正装 置将直接或间接测出给定输入信号R(s)和扰动输入信号D(s)，经过适当变换以后，作为附加校正信号输入系统，使可测扰动对系统的影响得到补偿。从而控制和抵消扰动对输出的影响，提高系统的控制精度。

三、校正装置

根据校正装置本身是否有电源，可分为无源校正装置和有源校正装置。

1．无源校正装置

无源校正装置通常是由电阻和电容组成的二端口网络，图5-3是几种典型的无源校正装置。根据它们对频率特性的影响，又分为相位滞后校正、相位超前校正和相位滞后—相位超前校正。

无源校正装置线路简单、组合方便、无需外供电源，但本身没有增益，只有衰减；且输入阻抗低，输出阻抗高，因此在应用时要增设放大器或隔离放大器。

2．有源校正装置

有源校正装置是由运算放大器组成的调节器。图5-4是几种典型的有源校正装置。有源校正装置本身有增益，且输入阻抗高，输出阻抗低，所以目前较多采用有源校正装置。缺点是需另供电源。