2016届毕业（设计）论文题目基于频域的校正方法及实验设计专业班级过程自动化学号 1204160134学生姓名于春明第一指导教师陈杰指导教师职称学院名称电气信息院完成日期： 2016年 5月 20日基于频域的校正方法及实验设计Correction Method and Experimental Design based on Frequency Domain学生姓名于春明第一指导教师陈杰摘要在经典控制理论中，系统校正设计，就是在给定的性能指标下，对于给定的对象模型，确定一个能够完成系统满足的静态与动态性能指标要求的控制器，即确定校正器的结构与参数。

串联校正控制器的频域设计方法中，使用的校正器有超前校正器、滞后校正器、滞后-超前校正器等。

超前校正设计方法的特点是校正后系统的截止频率比校正前的大，系统的快速性能得到提高，这种校正设计方法对于要求稳定性好、超调量小以及动态过程响应快的系统被经常采用。

滞后校正设计方法的特点是校正后系统的截止频率比校正前的小，系统的快速性能变差，但系统的稳定性能却得到提高，因此，在系统快速性要求不是很高，而稳定性与稳态精度要求很高的场合，滞后校正设计方法比较适合。

滞后-超前校正设计是指既有滞后校正作用又有超前校正作用的校正器设计。

它既具有了滞后校正高稳定性能、高精确度的好处，又具有超前校正响应快、超调小的优点，这种设计方法在要求较高的场合经常被采用。

关键词：ABSTRACTIn classical control theory, system design correction, that is, given the performance for a given object model to determine a controller to complete the system meets the static and dynamic performance requirements, namely to determine the structure and corrector parameter. Frequency Domain controller series corrected using correction has lead corrector corrector lag lag - lead Corrector like. Features advanced design correction method is to correct the system cut-off frequency than the fast performance is improved before the correction is large, the system, this correction method for design requires good stability, small overshoot and dynamic process of rapid response systems are often use. Lag compensation design approach is characterized by system after correcting the cutoff frequency than the fast performance before correction is small, the system is deteriorated but stable performance of the system has improved, therefore, the system speed requirements are not high, and the stability and steady-state high precision of the occasion, lag compensation design method is more suitable. Lag - lead Corrector design means there are both lagging corrective action ahead of corrective action calibration designs. It has a lag correction high stability, high accuracy advantages, but also has the leading correction fast response, small overshoot of the advantages of this design approach in demanding situations are often used.Keywords：第1章绪论1.1 题目背景、研究意义自动控制系统的计算机仿真是一门综合性较强的学科，它涉及到计算机技术，系统科学，控制工程。

控制系统仿真本身是以计算机为工具以数学模型验证控制系统，与实际的控制系统无关，这是一种测试和研究的实用方法如果系统被设计成通过利用矫正方法，以满足频域，频域的量的性能指标的要求。

开环系统的基础上，对数频率特性，以达到起点，串联的校正方法的稳态误差，开环系统的截止频率和相位裕要求。

动态性能，虽然没有严格的定量给定的系统，但它可以容易地确定根据在Bode图的频率域的形式和校正装置的参数，尤其是对于需要高频特性的校正系统中，使用频域校正方法比其它方法更方便。

串联滞后超前校正网络，当确定系统不稳定，需要校正以提高响应速度以及相位裕度，稳定性，校正优点滞后系列应使用 - 超前校正。

其基本原理是利用滞后 - 铅网络的引线部分，以提高系统的相位余量，同时服用的滞后部分的优点，提高了系统的稳定状态的性能。

在当今世界上，最流行的计算机辅助控制系统的设计语言是MATLAB语言，实践证明了MATLAB语言是计算机辅助控制系统分析与设计的最佳伙伴。

MATLAB应用的进一步推广有一大部分原因是图形模型输入交互式计算机仿真环境simulink的加入。

现在,MATLAB语言已经风靡全球,它已成为控制系统cad的最热门的领域，是最流行的软件环境。

随着时代的发展，并在航空航天，机器人控制，导弹制导和核能高科技领域的计算机技术，自动控制理论及应用技术等也越来越深入和广泛。

在21世纪，不管是生物，医学，环境还是经济管理社会生活，许多领域都是自动控制技术大施拳脚的地方，已经是现代社会必要组成部分。

时代在发展，人民生活水平不断提高，人类探索未来，认识和改造自然，建设一个高度文明发达的社会等活动的展开，自动控制理论和技术将进一步发挥更重要的作用。

作为一个工程技术人员了解和掌握自动控制的知识是必要的。

现在几乎全部工厂都使用了自动控制技术，生产效率大大调高，工人的劳动强度大大减轻。

自动控制，这一高精确度的工作，还大大提高了武器效能和作战效率，如火炮自动跟踪系统使用自动控制打下了认为控制和电脑控制的高速飞行的飞机。

有些场合人不直接参与甚至自动控制技术，更离不开一些危险工作工作，如原子能生产，大炮或导弹制导等。

MATLAB软件仿真工具SIMULINK可以为自动控制系统建立数学模型，分析系统并仿真结果，能够随时更改结构与参数，可以快速直观的实现系统的设计并进一步优化。

1.2 自动控制理论发展概述1868年，麦克斯韦用研究数学的方法来研究控制系统的方式，奠定了时域分析方法的基础。

到现在为止，已经出现了经典控制理论和现代控制理论两大基础理论。

自动控制理论随着科学技术的发展，被控对象越来越多，要求的性能要求也越来越高，这之间伴随着自动控制理论的不断发展和完善。

经典控制理论是基于反馈为基础，为系统的数学模型研究了单输入传递函数 - 单输出线性时不变系统的分析和设计，主要用于工业控制和二战期间的军事装备。

1932年，以美国为首的物理学家终于建立了成熟的标准，奠定了频域分析法的基础，随着bode的进一步发展，以频域分析为基础的经典控制理论最终形成。

20世纪60年代，随着现代应用数学成果的应用和引进计算机技术，为了适用航空航天技术的发展，形成了以现代控制理论为基础的状态空间描述，以提高主要的性能，提高精度的最优控制线性可变多参数系统。

现代控制理论不仅在理论上有着理想的结果，在我们国防技术工业控制上也有着不可替代的地位。

但现代科学技术不断发展，人们的要求越来越高，现代工业控制系统也水涨船高，现行反馈控制已经不能够适用于现代社会实际需要。

我们接触到的大多是控制系统都是非线性的即便将其近似线性模型化也难以表现出非线性部分的特点，只能减小难度，控制器的设计也不足以满足要求。

线性系统不能解释众多的实际非线性工作。

在没有非线性系统的理论支持下，只能用线性系统对付分段线性的非线性特性，再用线性控制理论的分析和设计。

在20世纪90年代，由于以微分几何为主的现代数学理论的完善，突破性的解决了复杂控制系统的分析和设计及其优化。

自动控制理论与人类的发展而发展，并随着技术的进步，提高生产率和持续改进。

1.2.1 自动控制理论历史自动控制的开端：自动控制技术始于18世纪，由于第一次工业革命的发展，人们的生产力极大提高，如何在提高生产效率的同时保证生产稳定并且减小人力资源的浪费成为了人们关注的焦点特点：简单单一对象控制。

经典控制理论时期（1940-1960）最开始引起关注的是单一变量系统，比如电动机的调速，汽车速度的控制。

1942年哈里斯最先将传递函数应用于自动控制；1948年伊万恩提出了根轨迹法；1945年Bode出版的《Network Analysis and Amplifier》，是自动控制理论的基础。

1949年vina关于经典控制的著述。

特点：在这时，传函是最基本的研究手段，频域法进入人们的视线，只能够设计单变量线性定常系统，不能解决非线性系统。

现代控制理论时期（20世纪50年代末-60年代初）随着数学的发展，开始研究多变量问题，航天科技的发展以及高科技武器比如导弹，潜艇的火控问题使得人们对于高性能自动控制系统无比渴切。

最优滤波理论;极大值原理等一些重要规律被总结出来。

特点：采用时域法研究时变系统、非线性系统等高性能要求的自动控制系统。

大系统控制时期（1970s-）随着计算机技术的极大发展，各个不同领域互相交织，被计算机系统高效的利用起来。

但是要需要解决的问题也越来越复杂，研究对象复杂无比，多输入多输出非线性成为常态。

智能控制时期近几年来，计算机的简单思想已经不足以解决问题，这时人们提出了人工智能技术，用人的思想指导机器，以人的技巧解决复杂的问题。