『壹』 自動控制原理課程設計 設計題目： 串聯滯後校正裝置的設計
一、理論分析設計
1、確定原系統數學模型；
當開關S斷開時，求原模擬電路的開環傳遞函數個G(s)。
c)；(c、2、繪制原系統對數頻率特性，確定原系統性能：
3、確定校正裝置傳遞函數Gc(s)，並驗算設計結果；
設超前校正裝置傳遞函數為：
，rd>1
)，則：c處的對數幅值為L(cm，原系統在=c若校正後系統的截止頻率
由此得：
由 ，得時間常數T為：
4、在同一坐標系裡，繪制校正前、後、校正裝置對數頻率特性；
二、Matlab模擬設計（串聯超前校正模擬設計過程）
注意：下述模擬設計過程僅供參考，本設計與此有所不同。
利用Matlab進行模擬設計（校正），就是藉助Matlab相關語句進行上述運算，完成以下任務：①確定校正裝置；②繪制校正前、後、校正裝置對數頻率特性；③確定校正後性能指標。從而達到利用Matlab輔助分析設計的目的。
例：已知單位反饋線性系統開環傳遞函數為：
≥450，幅值裕量h≥10dB，利用Matlab進行串聯超前校正。≥7.5弧度/秒，相位裕量c要求系統在單位斜坡輸入信號作用時，開環截止頻率
c)]、幅值裕量Gm(1、繪制原系統對數頻率特性，並求原系統幅值穿越頻率wc、相位穿越頻率wj、相位裕量Pm[即
num=[20];
den=[1,1,0];
G=tf(num,den); %求原系統傳遞函數
bode(G); %繪制原系統對數頻率特性
margin(G); %求原系統相位裕度、幅值裕度、截止頻率
[Gm,Pm,wj,wc]=margin(G);
grid; %繪制網格線（該條指令可有可無）
原系統伯德圖如圖1所示，其截止頻率、相位裕量、幅值裕量從圖中可見。另外，在MATLAB Workspace下，也可得到此值。由於截止頻率和相位裕量都小於要求值，故採用串聯超前校正較為合適。
圖1 校正前系統伯德圖
2、求校正裝置Gc(s)（即Gc）傳遞函數
L=20*log10(20/(7.5*sqrt(7.5^2+1))); =7.5處的對數幅值Lc%求原系統在
rd=10^(-L/10); %求校正裝置參數rd
wc=7.5;
T= sqrt(rd)/wc; %求校正裝置參數T
numc=[T,1];
denc=[T/ rd,1];
Gc=tf(numc,denc); %求校正裝置傳遞函數Gc
(s)（即Ga）3、求校正後系統傳遞函數G
numa=conv(num,numc);
dena=conv(den,denc);
Ga=tf(numa,dena); %求校正後系統傳遞函數Ga
4、繪制校正後系統對數頻率特性，並與原系統及校正裝置頻率特性進行比較；
求校正後幅值穿越頻率wc、相位穿越頻率wj、相位裕量Pm、幅值裕量Gm。
bode(Ga); %繪制校正後系統對數頻率特性
hold on; %保留曲線，以便在同一坐標系內繪制其他特性
bode(G,':'); %繪制原系統對數頻率特性
hold on; %保留曲線，以便在同一坐標系內繪制其他特性
bode(Gc,'-.'); %繪制校正裝置對數頻率特性
margin(Ga); %求校正後系統相位裕度、幅值裕度、截止頻率
[Gm,Pm,wj,wc]=margin(Ga);
grid; %繪制網格線（該條指令可有可無）
校正前、後及校正裝置伯德圖如圖2所示，從圖中可見其：截止頻率wc=7.5；
)，校正後各項性能指標均達到要求。相位裕量Pm=58.80；幅值裕量Gm=inf dB(即
從MATLAB Workspace空間可知校正裝置參數：rd=8.0508，T=0.37832，校正裝置傳遞函數為 。
圖2 校正前、後、校正裝置伯德圖
三、Simulink模擬分析（求校正前、後系統單位階躍響應）
注意：下述模擬過程僅供參考，本設計與此有所不同。
線性控制系統校正過程不僅可以利用Matlab語句編程實現，而且也可以利用Matlab-Simulink工具箱構建模擬模型，分析系統校正前、後單位階躍響應特性。
1、原系統單位階躍響應
原系統模擬模型如圖3所示。
圖3 原系統模擬模型
系統運行後，其輸出階躍響應如圖4所示。
圖4 原系統階躍向應曲線
2、校正後系統單位階躍響應
校正後系統模擬模型如圖5所示。
圖5 校正後系統模擬模型
系統運行後，其輸出階躍響應如圖6所示。
圖6 校正後系統階躍向應曲線
3、校正前、後系統單位階躍響應比較
模擬模型如圖7所示。
圖7 校正前、後系統模擬模型
系統運行後，其輸出階躍響應如圖8所示。
圖8 校正前、後系統階躍響應曲線
四、確定有源超前校正網路參數R、C值
有源超前校正裝置如圖9所示。
圖9 有源超前校正網路
當放大器的放大倍數很大時，該網路傳遞函數為：
（1）
其中 ， ， ，「-」號表示反向輸入端。
該網路具有相位超前特性，當Kc=1時，其對數頻率特性近似於無源超前校正網路的對數頻率特性。
根據前述計算的校正裝置傳遞函數Gc(s)，與（1）式比較，即可確定R4、C值，即設計任務書中要求的R、C值。
注意：下述計算僅供參考，本設計與此計算結果不同。
如：由設計任務書得知：R1=100K，R2=R3=50K，顯然
令
T=R4C
『貳』 什麼是自動控制的串聯校正，分哪幾種類型
對自動控制系統的開環特性進行修改，是通過添加校正裝置來實現的。常見的校正類型包括相位超前校正、相位滯後校正和相位滯後一超前校正。當系統在靜止和動態性能上無法達到所需指標時，就需要進行校正。相位校正的目的是調整系統的頻率響應特性，相位超前校正能提高系統的相位裕度，相位滯後校正則減少系統的相位滯後，相位滯後一超前校正則是這兩種校正的組合，可以同時改善系統的穩定性和動態響應。
根據校正裝置在系統中的位置，可以將其分為串聯校正和反饋校正。串聯校正又可以根據校正環節對系統頻率特性相位的影響分為上述三種類型。串聯校正裝置可以是無源的也可以是有源的，有源校正裝置常見的有比例-微分(PD)校正裝置和比例-積分(PI)校正裝置。無源校正裝置通常由電阻、電容和電感組成，有源校正裝置則需要電源供給。
控制系統校正的目標是優化動態性能指標，包括超調量、調節時間和上升時間等。在復數域中，根軌跡設計是通過調整閉環極點在復平面上的分布來實現的，特定區域的限制決定了系統階躍響應中各階分量的衰減速度和阻尼比。設計系統校正的方法大致可分為三類：頻率法、根軌跡法和等效結構與傳遞函數法。頻率法通過調整校正裝置的Bode圖來修改原系統的Bode圖，以達到預期的頻率響應特性。根軌跡法則通過引入新的開環零極點來改變系統的根軌跡。等效結構與傳遞函數法則利用典型模型通過參數對比來實現。
『叄』 控制系統校正方法校正方式
控制系統中的校正方法有串聯校正和並聯校正兩種基本類型。串聯校正，如圖1a所示，校正裝置Gc(s)與不可變動部分G0(s)以串聯形式連接。這種校正方式相對簡單，但常常伴隨著嚴重的增益衰減問題。為了彌補這一體積，串聯校正通常需要配合額外的放大器，以提升增益並起到隔離作用。
相反，如果校正裝置被連接在系統的一個反饋迴路中，如圖1b所示，這就是並聯校正或反饋校正。並聯校正的特點是信號從功率較高的點傳輸到較低的點，因此不需要額外的放大器。相較於串聯校正，它通常需要的元件數量較少。在實際的設計中，選擇哪種校正方法，會受到校正目標、信號特性、系統各點功率、可用元件以及經濟成本等因素的綜合考慮。
在控制系統的設計過程中，工程師會根據具體需求和條件，權衡不同校正方式的優缺點，以實現最佳的控制效果和經濟效益。
通過引入附加裝置使控制系統的性能得到改善的方法。控制系統校正方法是經典控制理論的一個主要組成部分。通常討論僅限於單輸入、單輸出的線性定常控制系統。控制系統中所引入的附加裝置稱為校正裝置。
『肆』 機械控制工程基礎 什麼叫系統校正，主要有哪些方法
常用的基本方法有根軌跡法和頻率響應法兩種。 ① 軌跡法設計校正裝置 當性能指標以時間域量值（超調量、上升時間、過渡過程時間等）給出時，採用根軌跡法進行設計一般較為有效。設計時，先根據性能指標，在s的復數平面上,確定出閉環主導極點對的位置。隨後，畫出未加校正時系統的根軌跡圖，用它來確定只調整系統增益值能否產生閉環主導極點對。如果這樣做達不到目的，就需要引入適當的校正裝置。校正裝置的類型和參數，根據根軌跡在閉環主導極點對附近的形態進行選取和計算確定。一旦校正裝置決定後，就可畫出校正後系統的根軌跡圖，以確定除主導極點對以外的其他閉環極點。當其他閉環極點對系統過渡過程性能只產生很小影響時，可認為設計已完成，否則還須修正設計。 ② 用頻率響應法設計校正裝置 在採用頻率響應法進行設計時,常選擇頻率域的性能如相角裕量、增益裕量、帶寬等作為設計指標。如果給定性能指標為時間域的形式，則應先化成等價的頻率域形式。通常，設計是在波德圖上進行的。在波德圖上，先畫出滿足性能指標的期望對數幅值特性曲線，它由三個部分組成：低頻段用以表徵閉環系統應具有的穩態精度；中頻段表徵閉環系統的相對穩定性如相角裕量和增益裕量等，它是期望對數幅值特性中的主要部分；高頻段表徵系統的復雜性。然後，在同一波德圖上，再畫出系統不可變動部分的對數幅值特性曲線，它是根據其傳遞函數來作出的。所需串聯校正裝置的特性曲線即可由這兩條特性曲線之差求出，在經過適當的簡化後可定出校正裝置的類型和參數值。 不論是採用根軌跡法還是頻率響應法，設計中常常有一個反復的修正過程，其中設計者的經驗起著重要的作用。設計的結果也往往不是唯一的，需要結合性能、成本、體積等方面的考慮，選擇一種合理的方案。