基于频域的校正方法及实验设计
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：
ABSTRACT
In 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）
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。
1.3MATLAB简介
MATLAB，也就是Matrix Laboratory，意为矩阵实验室，他是世界上最流行的科学计算软件。当今社会信息技术不断发展，计算机技术日新月异，他们在各种领域的科学计算已被广泛使用，在许多如控制论,时序分析,系统仿真,信号处理,图像等方面,产生了大量的矩阵和对应的计算。如果要自己写这么多很多复杂的计算机程序,需要消耗大量的时间与精力，完成的工作也可能错漏百出，牵扯到一系列工作。美国推出的MATLAB软件大大减轻了我们的工作，是一个方便而常用的计算平台。
MATLAB系统最基本的操作不需要特别指出矩阵的维数，它的主要依据是根据IEEE标准数值计算，能够正确处理无穷数与无定义数。它内置了大量矩阵及运算函数，处理一些复杂计算比我们要快很多，大大提高了工作效率。作者在编写命令语句的时候大量参考了已经成熟的数学公式，相关从业者可以快速学习，可读性也很强，还可以以编程语言编程来快速解决问题，这使得许多人都共享了自己的成熟算法，进一步完善了MATLAB系统。这仅仅是其基本框架，在具体工作中我们常常遇到专业领域的专业问题，这时候我们就可以使用它的其他专业工作箱，比如Control System和Neural Network工具箱。
1.3.1MATLAB的基本功能
MATLAB主要面向科学计算，他创造性地把，矩阵分析，函数运算，系统建模仿真合并在一起，通过一个直观的视窗系统展示了一个简便而实用的数值计算的解决方案，并且它不同于其他语言模式，是世界先进水平的体现。
他和mathematics，maple并称三大数学软件，是最顶级的数学应用软件。他可以绘制函数，运算矩阵，仿真分析，连接到其他语言进行进一步编程，它的用途多种多样，信号处理，图像分析，建模设计等。
MATLAB的指令表达方式借鉴了其他编程语言的优点，因此他便与学习与使用，用他解决数学问题要比其他语言方便得多。现在还增加了c，Java等编程语言的支持，在MATLAB中可以直接调用，也可以自行组件库方便以后调用，也可以与别人分享。
MATLAB功能极为丰富，对自动控制理论的科学计算和工程建模仿真十分顺手，特别是simulink使得复杂系统的仿真成为现实，达到了实用性专业性和通用性的统一。在西方，他已经成为教学的良好工具，成为我们应该掌握的必备技能。
1.3.2MATLAB发展及其影响
经过几位美国教授多年的努力，mathworks公司推出了MATLAB，这款采用c语言内核的数学软件一经现世就引发了轰动。后来新增的功能更是让人不忍释手。正是MATLAB的良好表现，原先的较为封闭的不开源软件日趋没落，现在人们都采用MATLAB作为数学平台。现在，他是人满公认的最好用的数值计算软件。随着3d技术的应用，他更加受到学生和老师的热爱。
1993年推出的 4.x版本是MATLAB历史上的重大革新，大大发展了数图直观可视功能：simulink的建立。他能够较好的对非线性动态系统进行建模与仿真，并进行分析，大大简化了非线性系统的复杂计算，增强了人们对非随机系统的直观认知现在MATLAB可以直接进行数据交换，大大发展了MATLAB的用途
为工程所做的优化。MATLAB认为word是当今世界上最好用的办公软件之一，因此特别为她做了优化，现在他可以直接与MATLAB互相交换数据，更加利于人们办公。
后来的5.x6.x版本比先前的版本更加友好，由面向计算转为面向对象，图形计算更加直观，数学计算更加强大，当然，工具包也更加丰富了。
虽然科技不断发展，信息技术不断更新，但是MATLAB一直是最先进的数学软件，后来还强化了之前一直疲弱的大数据计算。MATLAB买下了mathcad以解决数学专业计算的问题。现在，MATLAB是一系列数学工作的必备软件，是我们应该掌握的必备工具。
即便是在最专业的国际学术界，MATLAB也被认为是最准确最可靠的数学软件。他是学者们著述论文所经常用的软件，甚至在信息及时领域，它的存在几乎必不可少。在研发部门，MATLAB也是首选工作软件
MATLAB是一个工具巨头，MATLAB所采用的编程操作思想是极为平近易人的，与我们思考问题的方式极为接近，这有别于其他的编程语言。像是在纸上计算公式一样，这就是MATLAB 所具有的特性。这也成为纸基验算科学。在数值运算，科学计算，信号分析，系统建模和仿真方面，这是极为有效极为重要的应用软件。
MATLAB一直是最好的数值运算软件，这些应用软件工具包已经集成到了一个大环境下，在这种情况下，当我们遇到困难时，我们只需要找到需要用到的公式，以及所用到的数据，我们就可以直接得到所要的答案，不管是函数还是图表。
MATLAB已经集成了主要常用矩阵的功能，所以当我们遇到比如信号处理，建模仿真，系统优化等问题时，可以直接给出答案，非常方便，而且高效，这是其他软件所没有的特点。许多大学研究室实验室都安装了MATLAB，这是人们研究相关问题所必不可少的。MATLAB 集成了许多工具箱，涉及到方方面面的问题，这为我们提供了极大助力。
矩阵实验室实际上是一系列MATLAB函数文件组成的扩展软件，可以解决各种问题，比如，信息的识别，图像识别技术，控制系统的设计。随着MATLAB不断的升级与完善，各个工具包的加入，它能应用的领域越来越广泛，能解决的问题越来越复杂，其计算力与解决问题的能力已经远远超出了个人的能力。
MATLAB5.x版本有了simulink工具，打开simulink界面，只需拖动常用实验工具就可以自动进行仿真分析，大大简化了传统仿真过程，极大帮助了我们的工作
1.3.3MATLAB的特点
新语言的特点
（1）数据类型和面向对象的编程技术
MATLAB6.x与旧版本的最显著不同的是，该数据类型的变化。 6.x版本的现有六种基本数据类型：双数组，字符串数组，元胞数组，数组结构，稀疏矩阵和unit8数据。MATLAB本身从面向结果转为面向对象，尤其是编程技术的加入使得MATLAB有了巨大的变化。从自身来看，从5.0版本，MATLAB将逐步转化为新的数据类型，其自身的功能指令。在这个过程一直持续6.x版本都基本完成。例如6.x的版本中引入了新的组名（求取极小值等）的优化参数设置进行了使用阵列架构的功能指令。另一个例子ODE求解器版本6.x提供了指令ODE求解器的参数设置都是有关新的数据类型。
新的数据类型和两个面向对象的技术的影响：因此一些一般性升级套件。在符号计算，在MATLAB4.2c中，指令符号工具箱是一种表现形式，而和其对应的符号计算指令形式则是另一种表现形式，两者勉强结合，使用起来极其不便。
三种新的数据类型和面向对象技术的影响：一系列的申请材料已经升级。这使得专业工作包更能为人所用，它的功能也大大增强。在自动控制系统工作箱中，利用新数据类型和重型技术的矩阵，线性时不变系统（LTI）经过这种处理后,无论LTI是由传递函数产生，还是零极点增益方式，状态方程式的方式，都可以随心所欲的运行各种计算。
（2）控制流和函数类型
新的多分支结构的switch-case的新MATLAB流量控制，尽量-catch结构和警告提示错误，警告。这进一步改善了程序运行的可读性和可靠性。
新类型的极大丰富功能，以适应不同层次的复杂程序编制和管理。例如，内联函数更简洁，适用于所有类型相对简单的数学模型。虽然增加功能，私人聚会，使复杂的功能比较容易整理，不仅提高了MATLAB的工作效率，还减少了内存变量名，减小了函数名冲突的几率设计为一个新的可变长度输入和输出变量的在varagin函数，varagout。这种变体使用变量的长度，MATLAB本身的新指令进一步“柔性”。一个指令可以接受任意数量的输入变量中，您可以生成，以满足不同场合的需求任意数量的输出变量。可以由所有的这些措施，使MATLAB可以更容易地制备大和复杂的程序。当然，用户可以在可变长使用这些变量，以制备柔性的应用程序。
工作环境
所谓工作环境是：帮助系统工作内存管理，指导和管理职能，搜索路径管理，操作系统，调试和性能分析工具。传统的工作环境与同时期其他数学类软件，企业原有的MATLAB的工作环境更友好的名单相比，MATLAB软件的工作环境十分单纯，它的help系统是以文本文档的形式存在，调用十分方便；内存管理，路径管理都十分简单，一最基本的指令完成；还可以形成一个单一的文件类型,唯一的M文件和MAT文件。版本4.2C情况开始改变,但是这仅仅是一个过渡形式。
（1）引入大量的图形用户界面的6.x版本的MATLAB不再以纯文本的方式显示命令语句，各种操作，MATLAB引进了许多直观的图形界面帮助用户,如人机交互界面helpin的在线帮助
图形显示窗口的6.x的版本进一步转化成可互操作的可编辑的图形界面。
（2）引入一个全面的帮助系统
在线帮助：帮助内容，大多附着到M嵌入式文件，实时性强，响应速度快。帮忙回答最及时准确的内容。 MATLAB传统一直使用这种帮助系统，并深受用户的欢迎。新的保留原有的功能也正好与一个新的图形界面helpwin的内容相对应，加强用户指南。
全面的在线帮助图书馆服务支持：在HTML超文本库独立存在。按MATLAB的功能和核心布局，系统化的整个库，并可以借助“超链接”方便地交叉引用。
PDF文档：之前PDF文档不能再MATLAB中直接打开，必须使用专业软件阅读。现在他可以明确，规范的打开PDF文档，选择合适的布局，便于阅读与使用。演示软件一直是MATLAB 的重中之重，它最直观的体现软件的优点，因此无论是过去还是未来，这个功能都会不断的加强，新加入的内容使得功能更加丰富，更便于演示。
（3）M文件编辑，集成调试环境
新的编辑器有着更好的文本编辑，能够清楚地标示出不同功能不同程序，醒目的颜色标示与段落分段让人更加容易的阅读程序，区分操作指令，控制流指令等。编辑器可以像word 一样设置样式。从5.2版本开始，新加入了一个使用的功能，在变量名上悬停就可以自动演示该变量的工作内容，这就是变量现场演示功能。在6.x版本中，调试器被集成在了编辑器之中，只要点击运行就可以调试程序，演示结果。
（4）性能评测M文件
调试器仅适用于M档语法错误和运行时错误的定位和性能分析轮廓指令负责将获得的报告过程中的各个环节耗时的分析。报告6.x版的指令，这将有助于用户发现的“瓶颈”在哪里，以提高冲击的运行速度特别详细的分析。
（5）笔记本全新安装
自推出版本4.2C笔记本电脑，集本文，计算，在环境中的一个图形得到了用户的赞赏。但直到5.2版，若笔记本电脑和MATLAB安装同时安装会有极大不便之处：一旦改字，必须全面重新安装MATLAB。 6.x版本都改变了这种状况，它可以在MATLAB命令窗口随时进行安装至笔记本电脑，节省了时间
（6）MATLAB环境下运行的文件
在以前，用户可以编写和运行的程序文件和脚本文件只有M M函数文件。新一代的代码指令6.x的版本，可以产生一个二进制文件MEX MEX指令。用M文档，这两个文件的读取速度要快得多
simulink是运行在MATLAB环境的高性能仿真设计平台，可以实现各种动态系统的建模和仿真。无需编写程序，直接在界面拖动相关组件就可以搭建复杂的模型，而且操作简单，直观。
Simulink仿真有着极广的适应面，结构直观，流程一目了然，得到的结果精确，符合实际情况，同时工作效率高，操作灵活，因而simulink的实际应用十分广泛，尤其是复杂的信号处理，自动控制。
MATLAB提供了大量的不同领域的工具包，也可以与其他人交换自制工具包。作为一款可视化建模仿真工具，simulink基于MATLAB框架实现了动态系统的仿真与分析，不管是线性系统还是非线性系统都能用得到他。
Simulink可以随便混合或者单独使用采样时间，同时可以做到不同部分不同采样，这是十分方便的。创建动态系统的时候，需要用到simulink提供的一个自带模型图的图形gui，只需简单地点选以及连接就可以完成复杂系统的模型建立，过程简单明了，更改方便，而且运行速度极快，可以立即得到结果。
Simulink还可以用于嵌入式系统，它所拥有的图形界面和模块库可以为为众多领域问题进行设计，比如，通信系统，自动控制，图像识别，它的扩展工具包拓展了建模功能，还可以自行验证
Simulink依托MATLAB可以快速直接运用MATLAB的工具来进行仿真分析，测试模型等。
第3章频域校正方法
3.1串联超前校正
3.1.1串联超前校正概念
利用超前校正网络的相位超前特性来增大系统的相位裕量，以达到改善系统瞬态响应的目的。为此，要求校正网络最大的相位超前角出现在系统的截止频率（剪切频率）处。
一般要求校正后系统的开环频率特性具有如下特点：
1、低频段的满足稳态精度的要求；
2、中频段的幅频特性的斜率为-20dB/dec,并具有较宽的频带，这一要求是为了系统具有满意的动态性能；
3、高频段要求幅值迅速衰减，以较少噪声的影响。
适用范围
稳定性好，超调小及动态过程响应快的系统。
校正方法
1.根据稳态误差的要求，确定开环增益K 。
2.根据所确定的开环增益K ，画出未校正系统的博特图，量出(或计算)未校正系统的相位裕度。若不满足要求，转第3步。
3.由给定的相位裕度值，计算超前校正装置应提供的相位超前量(适当增加一余量值)。
4.选择校正装置的最大超前角频率等于要求的系统截止频率，计算超前网络参数a 和T ；若有截止频率的要求，则依该频率计算超前网络参数a 和T 。
5.验证已校正系统的相位裕度；若不满足要求，再回转第3步。
3.1.2串联超前校正的实例
已知单位反馈系统的开环传递函数为： G (s )= 100K
s (0.04s +1)
要求校正后系统对单位斜坡输入信号的稳态误差 e ss ≤ 0.01，相角裕度 γ ≥ 045 ，
绘制原系统的单位阶跃响应曲线
01.0e ss = 取k=1得25.0=ζ
绘制bode 图
rad 2504.01W ==
由bode 图得：481068.1c ==ωo 180-17w 0==?γ∞=h
绘制奈氏曲线
与实轴无交点
根轨迹
设计校正装置
据题意，校正后相角裕度o 45≥γ确定需增加的相位超前量()o 3512--5-m =+=*γγθ1
1arcsin m +-=a a θ a=3.76 计算校正后截止频率
rad c c
70076.3log 10L =?=+???ωω
0074.01c =?==?T T
a m ωω 确定超前校正传递函数10074.01028.010074.010074.0*76.311)(G ++=++=++=
s s s s Ts aT s c
校正后开环传递函数)1028.0(100)()(G +=s s G s
校正后伯德图：
由伯德图得：
相角裕度
o o o 45
560074.0arctan 90028.0arctan 18066c ≥=--+==?c c rad
ωωγω
幅值裕度：
设穿越频率x ω，则 πωωω?)12(0074.0arctan 04.0arctan 90028.0arctan w +=---=k c c x o
)
10074.0)(104.0()1028.0(100)()(x +++==s s s s s G s G c ω 校正后的单位阶跃响应
校正后的奈氏曲线
校正后的根轨迹
二 串联滞后校正
滞后校正原理：
将低通滤波器与系统不可变部分串联时，截止频率减小，中高频段增益降低，使得获得较大相位裕度同时低频段不受其影响。
滞后校正的不足之处：
校正后系统的截止频率减小，瞬态响应速度变慢；滞后校正网络会产生一定的相角滞后量。 使用范围：
系统响应速度要求不高而抑制噪声电平性能要求较高。
滞后校正实例： 已知反馈系统的开环传递函数为)10)(5()(G ++=
s s s K s ，设计滞后网络使得稳定速度误差系数130K -=s v ，相位裕度不小于o 40
由题可得k=1500
编写程序校正：
wc2=1.5;
num=20;
den=conv([1 1 0],[1 2]);
G=tf(num,den);
[mag,phase,wcg,wcp]=margin(G);
margin(G)
t1=1/(0.1*wcg);
beta=10;
Gc_lag=tf([t1,1],[beta*t1,1])
G1=G*Gc_lag;
[mag,phase,w]=bode(G1);
mag1=spline(w,mag,wc2);
alfa=10^(-L/10);
t2=1/wc2/sqrt(alfa);
Gc_lead=tf([alfa*t2,1],[t2,1]);
G0=G*Gc_lead*Gc_lag;
figure(2)
margin(G0)
figure(3)
step(feedback(G0,1))
运行结果如图：
校正前伯德图
校正前阶跃响应
校正后伯德图
校正后阶跃响应
分析：由图可知，校正前系统是不稳定的，经滞后校正后，系统稳定，符合设计要求。 三串联滞后超前校正
基本原理：
串联滞后超前校正同时拥有串联滞后校正和串联超前校正的优点，可以用超前部分增大系统相角裕度，同时滞后部分改善稳态性能，可以做到响应时间快，超调量小，抑制噪声 使用范围：
系统不稳定，且要求系统的响应速度快、相角裕度和稳态性能要求高
串联滞后超前校正的实例： 受控对象模型：1
545505.1)(23+++=s s s s G p
频域法校正第一题
西安石油大学课程设计 电子工程学院自动化专业 自动化1203班 题目频域法校正第一题 学生魏晴晴 指导老师陈延军 二○一四年十二月
目录 1 任务书．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 2 设计思想及内容．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 4 3 编制的程序．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 4 3.1运用MATLAB编程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4 3.2 MATLAB的完整编程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10 3.3在SIMULINK中绘制状图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12 4结论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13 5 设计总结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13 参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14
《自动控制理论Ⅱ》 课程设计任务书 系统的相角裕量≥°，截止频率不小于。
2设计内容及思想： （1）设某单位负反馈系统，前向通道的传递函数为G=9/s(s+2)，试 设计校正装置使系统的相角裕量≥45°，截止频率不小于4rad/s。 （2）设计思想：绘出伯德图，利用MATLAB软件对系统进行串联超前校正，分析系统未校正前的参数，再按题目要求对系统进行校正，计算出相关参数，看是否满足题目要求。判断系统校正前后的差异。3编制的程序： 3.1运用MATLAB编程: （1）校正前程序： clear k=9; %系统的开环增益 n1=1; d1=conv([1 0],[1 2]); s1=tf(k*n1,d1); %求系统的开环传函 figure(1); margin(s1);hold on %画出原系统的幅值相角频域Bode图 figure(2); sys=feedback(s1,1); step(sys); %画出原系统开环传函的单位阶跃响应
试验统计方法复习题集
试验统计方法复习题 一、名词（术语、符号）解释： 1、总体：具有相同性质的个体所组成的集团特区为总体。 2、样本：从总体中抽出的一部分个体。 3、试验指标：用于衡量试验效果的指示性状称为试验指标。 4、试验因素：是人为控制并有待比较的一组处理因素，简称因素或因子。 5、试验水平：是在试验因素所设定的量的不同级别或质的不同状态称为试验水平，简称水平。 5、处理：单因素试验是指水平，多因素试验是水平与水平的组合。 6、简单效应：一个因素的水平相同，另一个因素不同水平间的性状（产量）差异属于简单效应。 7、参数：由总体的全部观察值而算得的特征数称为参数。 8、统计数：由样本观察值计算的特征数。 9、统计假设：是根据试验目的对试验总体提出两种彼此对立的假设称为统计假设。 10、无效假设：是指处理效应与假设值之间没有真实差异的假设称为无效假设。 11、准确度：是指试验中某一性状的观察值与其相应理论真值的接近程度。 12、精确度：是指试验中同一性状的重复观察值彼此之间的接近程度。 13、复置抽样：指将抽出的个体放回到原总体后再继续抽样的方法叫复置抽样或有放回抽样。 14、无偏估计：一个样本统计数等于所估计的总体参数，则该统计数为总体相应参数的无偏估计值。 15、第一类错误：否定一个正确H0 时所犯的错误。 16、第二类错误：接受一个不真实假设时所犯的错误。 17、互斥事件：事件A与B不可能同时发生，即AB为不可能事件，则称事件A与B为互斥事件。 18、随机事件：在一定条件下，可能发生也可能不发生，可能这样发生，也可能那样发生的事件。 19、标准差：方差的正根值称为标准差。 20、处理效应：是指因素的相对独立作用，亦是因素对性状所起的增进或减少的作用称为处理效应。 21、概率分布：随机变数可能取得每一个实数值或某一围的实数值是有一定概率的，这个概率称为 随机变数的概率分布。 22、随机抽样：保证总体中的每一个体，在每一次抽样中都有同等的概率被取为样本。 23、两尾测验：有两个否定区，分别位于分布的两尾。 24、显著水平：否定无效假设H0的概率标准。 25、试验方案：根据试验目的与要求拟定的进行比较一组试验处理的总称为试验方案。 26、随机样本：用随机抽样的方法，从总体中抽出的一个部分个体。 27、标准误：抽样分布的标准差称为标准误。 28、总体：具有相同性质的个体所组成的集团称为总体。 29、独立性测验：主要为探求两个变数间是否相互独立测验的假设。
实验设计方法(1)
实验设计方法㈠ 统计学设计方法按因素分为： 单因素：完全随机，配对设计，序贯设计。 两因素：配伍组设计（随机区组设计），均衡不完全配伍组设计 配对设计，两层次分组设计。 三因素：拉丁方设计，尧敦方设计，裂区设计。 多因素：析因设计，正交设计，均匀设计。 嵌套设计，重复测量设计，调查设计，诊断试验。 一、完全随机设计(Complete random design) （一）概念 ?完全随机设计：又称简单随机分组设计，将受试的对象 随机地分配到各处理组（水平）进行试验，或从不同总 体中随机抽样进行观察。 ?是最简单、最易于掌握的设计方法。 ?可设置两个组，也可设置多个组，可设置2个以上的水平。 ?设计中未考虑非处理因素的影响。 （二）应用条件 １.应用条件： ①计数、计量、等级分组资料； ②适合于样本内个体变异较小的情况； ③注意各组的均衡和可比性。 ④各组样本含量可以不等，但最好是n1 = n2 2.缺点： 只能分析单因素。因工作量大，统计效率低。 （三）实验设计方法 ?单因素多水平完全随机设计：将符合实验要求的观察对象随机分配到n个水平组中。 ?单因素g水平组内完全随机设计：研究某药物治疗某疾病，比较该药物对不同年龄段病人的作用，可采用随机抽样，分别从该疾病的老中青三个总体中随机抽取所需要的样本，比较观察。完全随机设计多组试验 二、配对设计(matched-pairs design) 配对设计：是将条件相同或相近的受试对象按某些特征或条件配成对子，然后把每对中两个受试对象随机分配到不同研究组，这种设计称配对设计。可分为四种： (一)前后配对设计 (二)左右配对设计 (三)异体配对设计 (四) 配对设计与完全随机设计比较 (五)交叉配对设计 （一）前后配对设计 指同一批实验对象，施加一种受试因素后，观察某一实验指标在实验前后的变化。同一批标本接受两种不同测定方法的检查也这属类配对。 １.应用范围：主要应用于急性病与短期实验，但不是绝对不能用于慢性病（病情稳定的慢性
试验二频域法串联超前校正
工程控制基础课程实验课前预习 电子科技大学机械电子工程学院
目录 实验一二阶系统时频域分析实验 (2) 实验二频域法串联超前校正 (4) 实验三直流电机PID控制 (7)
实验一 二阶系统时频域分析实验 一. 实验目的 通过二阶系统的时频域分析验证课程讲授内容，加深学生对理论知识的理解程度，扩大学生视野，掌握基本的频域图解方法和时域系统校正方法。 二. 系统模拟电路图 二阶闭环系统时域分析模拟电路如图1-2所示。它由积分环节（A2单元）和惯性环节（A3单元）的构成，其积分时间常数T i =R 1*C 1=1秒，惯性时间常数 T =R 2*C 2=0.1秒。 图1-2 Ⅰ型二阶闭环系统时域特性测试模拟电路 模拟电路的各环节参数代入，得到该电路的开环传递函数为： 2100()(1)(0.11) i R K K k G s K T s Ts s s R R = = = = ++其中， 模拟电路的开环传递函数代入式，得到该电路的闭环传递函数为： K s s K s s s n n n 1010102)(2222++=++=ωξωωφ 30.6s n t ξω==秒 0.21p t == ⒈ 二阶系统时域分析 改变可变电阻R 的阻值，就可改变阻尼比和开环增益K ，分析该系统临界阻尼响应，欠阻尼响应，过阻尼响应时R 的取值。计算欠阻尼二阶闭环系统在 阶跃信号输入时的动态指标M p 、t p 、t s ：（K =25、=0.316ξ、15.8n ω=） ⒉ 二阶系统频域分析 由于Ⅰ型系统含有一个积分环节，它在开环时响应曲线是发散的，因此欲获得其开环频率特性时，还是需构建成闭环系统，测试其闭环频率特性，然后通过公式换算，获得其开环频率特性。频率分析所用的模拟电路如图1-3所示。频率分析所用的模拟电路与时域分析所用的模拟电路的区别在于：输入信号不同。
系统的滞后频域校正法
系统的滞后超前频域法校正 1 设计目的 通过课程设计熟悉频域法分析系统的方法原理。 通过课程设计掌握滞后-超前校正作用与原理。 通过在实际电路中校正设计的运用，理解系统校正在实际中的意义。 2设计任务 控制系统为单位负反馈系统，开环传递函数为G(s)=180/[s(s/6+1)(s/2+1)],设计校正装置，使系统满足下列性能指标：相角裕量45+-3度；幅值裕量不低于10db；调节时间不超过3s. 3 具体要求 1）使用MATLAB进行系统仿真分析与设计，并给出系统校正前后的MATLAB仿真结果，同时使用Simulink仿真验证。 2）使用EDA工具EWB搭建系统的模拟实现电路，分别演示并验证校正前和校正后的效果。3）在实验箱上搭建实际电路，验证系统设计结果。 4 设计原理概述 校正方式的选择。按照校正装置在系统中的链接方式，控制系统校正方式分为串联校正、反馈校正、前馈校正和复合校正4种。串联校正是最常用的一种校正方式，这种方式经济，且设计简单，易于实现，在实际应用中多采用这种校正方式。串联校正方式是校正器宇受控对象进行串联链接的。本设计按照要求将采用串联校正方式进行校正。 校正方法的选择。根据控制系统的性能指标表达方式可以进行校正方法的确定。本设计要求以频域指标的形式给出，因此采用基于Bode图的频域法进行校正。 几种串联校正简述。串联校正可分为串联超前校正、串联滞后校正和滞后-超前校正等。 超前校正的目的是改善系统的动态性能，实现在系统静态性能不受损的前提下，提高系统的动态性能。通过加入超前校正环节，利用其相位超前特性来增大系统的相位裕度，改变系统的开环频率特性。一般使校正环节的最大相位超前角出现在系统新的穿越频率点。 滞后校正通过加入滞后校正环节，使系统的开环增益有较大幅度增加，同时又使校正后的系统动态指标保持原系统的良好状态。它利用滞后校正环节的低通滤波特性，在不影响校正后系统低频特性的情况下，使校正后系统中高频段增益降低，从而使其穿越频率前移，达到增加系统相位裕度的目的。 滞后-超前校正适用于对校正后系统的动态和静态性能有更多更高要求的场合。施加滞后-超前校正环节，主要是利用其超前部分增大系统的相位裕度，以改善系统的动态性能；利用其滞后部分改善系统的静态性能。 设计步骤如下： 1)根据静态性能指标，计算开环系统的增益。之后求取校正前系统的频率特性指标，并与 设计要求进行比较。 2)确定校正后期望的穿越频率，具体值的选取与所选择的校正方式相适应。 3)根据待设计的校正环节的形式和转折频率，计算相关参数，进而确定校正环节。 4)得出校正后系统。检验系统满足设计要求。如不满足则从第二步重新开始。 在MA TLAB中基于Bode图进行系统设计的基本思路是通过比较校正后的频率特性。尝试选定合适的校正环节，根据不同的设计原理，确定校正环节参数。最后对校正后的系统进行检验，并反复设计直至满足要求。 五设计方案及分析 1 观察原系统性能指标 1）使用MATLAB编写程序观察原系统的频率特性及阶跃响应。 程序如下：
试验统计方法复习题
试验统计方法复习题 1.何谓实验因素和实验水平？何谓简单效应、主要效应和交互效应?举例说明之。 实验因素: 被变动并设有待比较的一组处理的因子或试验研究的对象。 实验水平: 实验因素的量的不同级别或质的不同状态。 简单效应: 同一因素内俩种水平间实验指标的相差。 主要效应：一个因素内各简单效应的平均数。 交互效应：俩个因素简单效应间的平均差异。 2.什么是实验方案，如何制定一个正确的实验方案？试结合所学专业举例说明之。 试验指标:用于衡量试验效果的指示性状。 制定实验方案的要点○1.目的明确。 ○2. 选择适当的因素及其水平。 ○3设置对照水平或处理，简称对照(check，符号CK)。 ○4应用唯一差异原则。 3.什么是实验误差？实验误差与实验的准确度、精确度以及实验处理间的比较的可靠性有什么关系？ ○1.试验误差的概念：试验结果与处理真值之间的差异. ○2随机误差影响了数据的精确性，精确性是指观测值间的符合程度，随机误差是偶然性的，整个试验过程中涉及的随机波动因素愈多，试验的环节愈多，时间愈长，随机误差发生的可能性及波动程度便愈大。系统误差是可以通过试验条件及试验过程的仔细操作而控制的。实际上一些主要的系统性偏差较易控制，而有些细微偏差则较难控制。 4.试分析田间实验误差的主要来源，如何控制田间实验的系统误差？如何降低田间实验的随机误差？ 误差来源：(1)试验材料固有的差异 (2)试验时农事操作和管理技术的不一致所引起的差异 (3)进行试验时外界条件的差异 控制误差的途径：(1)选择同质一致的试验材料 (2) 改进操作和管理技术，使之标准化 (3) 控制引起差异的外界主要因素 选择条件均匀一致的试验环境； 试验中采用适当的试验设计和科学的管理技术； 应用相应的科学统计分析方法。 尽量减少实验中的随机波动因素、环节和时间可以有效的降低随机误差。 5.田间实验设计的基本原则是什么？完全随机设计、完全随机区组设计、拉丁设计各有何特点？各在什么情况下使用？ （1）基本原则是：○1.重复○2随机排列○3局部控制 （2）完全随机设计的特点是设计分析简便，但是应用该设计的条件是要求试验的环境因素相当均匀，所以一般用于实验室培养试验及网、温室的盆钵试验。 完全随机区组设计○1.特点: 根据“局部控制”的原则，将试验地(或试验环境)按肥力变异梯度(或条件变异梯度)划分为等于重复次数的区组，一区组亦即一重复，区组内各处理都独立地随机排列。○2应用条件：对试验地的地形要求不严，必要时，不同区组亦可分散设置在不同地段上。 拉丁方设计的○1.特点：将处理从纵横二个方向排列为区组(或重复)，使每个处理在每一
基于频域的校正方法及实验设计
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：
ABSTRACT In 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：
《实验设计方法》教案
教师教案( 2005 —2006 学年第 1 学期 ) 课程名称：试验设计方法 授课学时：32 授课班级：23034010-11 任课教师：何为 教师职称：教授 教师所在学院：微电子与固体电子学院电子科技大学
绪论 1学时 教学内容及要求 试验设计方法在科学研究中的作用 1. 科学研究的基本过程 2. 科学研究的基本方法 3. 试验设计方法的主要内容 ●试验设计方法在科学技术发展中的地位和作用。 ●试验设计方法的起源。 ●我国试验设计方法的发展和现状。 ●使用试验设计方法的目的、内容和应用。 ●试验设计方法是当代科技和工程技术人员必须掌握的技术方法。 ●教学内容：正交试验法、优选法基础、回归分析法、均匀设计法、单 纯形优化法 参考资料 ?项可风.试验设计与数据分析.上海科技出版社.1991年 ?陈宝林.最优化理论及算法.清华大学出版社.1990年 ?邓正龙.化工中的优化方法.化学工业出版社.1991年 ?陈魁.试验设计与分析.清华大学出版社.1996年 ? (日)田口玄一.实验设计法.魏锡,王世芳译.机械工业出版社.1987 ? Phadke, M.S. "Quality Engineering Using Robust Design" Prentice Hall, Englewood Cliff, NJ. November 1989 ? Taguchi, Genichi. "System of Experimental Design" Edited by Don Clausing. New York: UNIPUB/Krass International Publications, Volume 1 & 2, 1987 ? Montgomery, D. C.. Design and analysis of experiment. New York: Wiley.1997 ?杨德.试验设计与分析.中国农业出版社.2002 第一章正交试验基本方法 5学时 授课时数： 一、教学内容及要求 ●多因素试验问题、正交试验、正交表符号的意义。 ●因素、水平、自由度、试验指标、交互作用。均衡分散性、整齐可比
系统的滞后频域校正法
《自动控制原理》 课程设计 姓名： 学号： 班级：11电气1班 专业：电气工程及其自动化 学院：电气与信息工程学院 2014年3月
目录 一、设计目的 (1) 二、设计任务 (1) 三、具体要求 (1) 四、设计原理概述 (1) 五、设计内容 (2) 六、设计方案及分析 (2) 1、观察原系统性能指标 (2) 2、手动计算设计 (6) 3、校正方案确定 (8) 七、课程设计总结 (14)
模拟随动控制系统的串联校正设计 一、设计目的 1、通过课程设计熟悉频域法分析系统的方法原理。 2、通过课程设计掌握滞后-超前校正作用与原理。 3、通过在实际电路中校正设计的运用，理解系统校正在实际中的意义。 二、设计任务 控制系统为单位负反馈系统，开环传递函数为) 1025.0)(11.0()(G ++=s s s K s ,设计校正装置，使系统满足下列性能指标：开环增益100K ≥；超调量30%p σ<； 调节时间ts<0.5s 。 三、具体要求 1、使用MATLAB 进行系统仿真分析与设计，并给出系统校正前后的 MATLAB 仿真结果，同时使用Simulink 仿真验证； 2、使用EDA 工具EWB 搭建系统的模拟实现电路，分别演示并验证校正前 和校正后的效果。 四、设计原理概述 校正方式的选择：按照校正装置在系统中的链接方式，控制系统校正方式分 为串联校正、反馈校正、前馈校正和复合校正4种。串联校正是最常用的一种校 正方式，这种方式经济，且设计简单，易于实现，在实际应用中多采用这种校正 方式。串联校正方式是校正器与受控对象进行串联链接的。本设计按照要求将采 用串联校正方式进行校正。 校正方法的选择：根据控制系统的性能指标表达方式可以进行校正方法的确 定。本设计要求以频域指标的形式给出，因此采用基于Bode 图的频域法进行校 正。 几种串联校正简述：串联校正可分为串联超前校正、串联滞后校正和滞后- 超前校正等。 超前校正的目的是改善系统的动态性能，实现在系统静态性能不受损的前提
实验五-频域法串联超前校正
实验五-频域法串联超前校正 实验报告 课程名称________ 控制工稈基础___________ 实验项目实验五频域法串联超前校正 专业电子科学与技术班级一 姓名______________________ 学号_________________ 指导教师_________________ 实验成绩 ______________
2014年6月1 2日 实验五频域法串联超前校正 、实验目的 1 ?了解和掌握二阶系统中的闭环和开环对数幅频特性和相频特性(波德图) 的构造及绘制方法。 2?了解和掌握超前校正的原理，及超前校正网络的参数的计算。 3?熟练掌握使用本实验机的二阶系统开环对数幅频特性和相频特性的测试方法。 4.观察和分析系统未校正和串联超前校正后的开环对数幅频特性L()和相 频特性()，幅值穿越频率处①c',相位裕度丫，并与理论计算值作比对。 二、实验仪器 PC机一台，实验箱 三、实验内容及操作步骤 1、未校正系统的频域特性的测试 本实验将数/模转换器(B2 )单元作为信号发生器，自动产生的超低频正弦信号的频率从低到高变化(0.5Hz~16Hz), 0UT2输出施加于被测系统的输入端r(t)，然后分别测量被测系统的输出信号的对数幅值和相位，数据经相关运算后在虚拟示波器中显示。未校正系统频域特性测试的模拟电路图见图 图2 未校正系统频域特性测试的模拟电路图 实验步骤： (1)将数/模转换器(B2)输出0UT2作为被测系统的输入。 (2)构造模拟电路：按图3-3-4安置短路套及测孔联线，在《1。未校正系统时域特性的测试》的联线表上增加频率特性测试模块，表如下。
试验统计方法总结及经典考试习题
试验统计方法复习总结 ?统计学:研究事物的数量特征及其数量规律的一门方法论学科 ** 1．何为实验因素，实验水平，实验处理？何谓简单效应、主要效应和交互作用效应？举例说明。 试验因素：简称因素或因子(factor):被变动并设有待比较的一组处理的因子或试验研究的对象(研究对象的效应)。 水平(level):试验因素内不同的级别或状态。 试验处理(treatment):单因素试验中的每一个水平即为一个处理;多因素试验中是不同因素的水平结合在一起形成的处理组合,也简称为处理。 简单效应(simple effect): 在同一因素内两种水平间试验指标的差异。 主效(main effect):一个因素内各简单效应的平均数。 交互作用效应(interaction effect)，简称互作:因素内简单效应间差异的平均。 互作的实质:反映了一个因素的不同水平在另一个因素的不同水平上反应不一致的现象. 2．什么是实验方案，如何制定一个正确的实验方案？试举例说明？ 试验方案:根据试验目的和要求所拟定的用来进行比较的一组试验处理的总称。 1.目的明确。 2. 选择适当的因素及其水平。 3. 设置对照水平或处理，简称对照(check，符号CK)。 4. 应用唯一差异原则。 3．什么是实验误差？实验误差与实验的准确度，精确度以及实验处理间的可靠性有什么关系？ 试验误差的概念:试验结果与处理真值之间的差异 试验误差的分类: 1.系统误差(systematic error) : 由于固定原因造成的试验结果与处理真值之间的差异. 系统误差影响了数据的准确性，准确性是指观测值与其理论真值间的符合程度； 2.随机误差(random error):由于随机因素或偶然因素造成的 试验结果与处理真值之间的差异. 随机误差影响了数据的精确性，精确性是指观测值间的符合程度。 4实验误差有哪些来源？如何控制？ 来源：(1)试验材料固有的差异 (2)试验时农事操作和管理技术的不一致所引起的差异 (3)进行试验时外界条件的差异 控制：(1)选择同质一致的试验材料 (2) 改进操作和管理技术，使之标准化 (3) 控制引起差异的外界主要因素 选择条件均匀一致的试验环境； 试验中采用适当的试验设计和科学的管理技术； 应用相应的科学统计分析方法。 **1、试验设计( experiment design)
频域法校正课设
西安石油大学课程设计 题目：频域法校正 学院：电子工程学院 专业：自动化 班级：自动化 学生：指导老师：陈延军 时间：2012年12月
目录 1.1任务书 (3) 2.1课程设计的题目 (4) 2.2设计思想及内容 (4) 2.3MATLAB中完整的编程 (8) 2.5设计结论 (11) 2.5设计总结 (11) 参考文献……...….…………………….……( 12) 《自动控制理论I 》
课程设计任务书 题 目 频域法校正 3 学生 姓名 学号专业班级自动化100 设计内容与要求设计内容： 3 .对于结构如图5-1所示系统，给定固有部分的传递函数Gg（S）和性能指标要求，试分别设计串联校正装置K（S）,并比较它们的作用效果。设Gg(S)=100/S^2(0.1S+1)(0.01S+1), （1）若要求开环比例系数K≥100rad/s ， r≥30?,wc≥45rad/s，； （2）若要求开环比例系数K≥100rad/s， r≥40?,wc≥5rad/s，； （3）若要求开环比例系数K≥100rad/s r≥40?,wc≥20rad/s，； 设计要求： （1）编程绘制原系统的Bode图，并计算出原系统的幅值裕量及相角裕量； （2）选择校正方式，进行校正装置的设计，得出相应的校正装置的参数； （3）编程绘制校正后系统的Bode图，并计算出校正后系统的幅值裕量及相角裕量； （4）整理设计结果，提交设计报告。 起止时间2012年12 月24 日至2012 年12 月31日 指导教师签 名 年月日 系（教研室） 主任签名 年月日学生签名年月日
自动控制理论课程设计 （一）课程设计的题目 3 .对于结构如图5---1所示系统，给定固有部分的传递函数Gg（S）和 性能指标要求，试分别设计串联校正装置K（S）,并比较它们的作用效果。设Gg(S)=100/S^2(0.1S+1)(0.01S+1)， （1）若要求开环比例系数K≥100rad/s ，r≥30?,wc≥45rad/s ； （2）若要求开环比例系数K≥100rad/s ，r≥40?,wc≥5rad/s ； （3）若要求开环比例系数K≥100rad/s , r≥40?,wc≥20rad/s ；（二）设计思想及内容 （1）（分析：根据题意知要使校正后的系统满足：①在单位斜坡信号下k=100rad/s; ②校正后的开环系统剪切频率r≥30rad/s。） （2）做原系统的Bode图与阶跃响应曲线，以（1）若要求开环比例系数K≥100rad/s ，r≥30?,wc≥45rad/s ；为例检查是否满足题目要求。 检查原系统的频域性能指标是否满足题目要求并观察其阶跃响应曲线的形状在程序文件方式下执行如下MATLAB程序 k=100; n1=1; d1=conv(conv(conv([1 0],[1 0]),[0.1 1]),[0.01 1]); s1=tf(k*n1,d1); %写出系统的开环传递函数 figure(1);margin(s1);hold on %画出原系统的幅值相角频域Bode图 figure(2);sys=feedback(s1,1);step(sys) %画出原系统的单位阶跃响应图 程序运行后，得到如下图的未校正系统的Bode图及其性能指标，还有未校正系统的单位阶跃响应曲线。
常用实验设计方法-析因设计
常用实验设计方法（三） 六.析因设计（f a c t o r i a l d e s i g n） ◆析因设计是一种多因素试验设计。 ◆可将两个或多个因素的各个水平进行排列组合，交叉分组进行全面实验。 ◆总的实验方案(组合)是各因素水平的乘积。 例如： 2×2析因设计（两个因素，每个因素均为2个水平，常可写成22析因设计） A因素（A1、A2）和B因素（B1、B2）共4种实验方案或组合（A1B1、A1B2、A2B1、A2B2） 3×3析因设计（两个因素，每个因素均为3个水平，常可写成23析因设计） A因素（A1、A2、A3）和B因素（B1、B2、B3）共9种组合 （A1B1、A1B2、A1B3、A2B1、A2B2A2B3、A3B1、A3B2A3B3）2×3×3析因设计（三个因素，一个因素为2个水平，余均为3个水平）共18种组合 1.特点 ①研究的因素个数m≥2，各因素的水平数≥2； ②各因素在实验中同时实施且所处的地位基本平等。 ③每个因素水平相互组合的实验方案，至少进行2次及以上独立重复实验。 ④因素间存在交互效应。例如，一级（两个因素间）或二级交互（三个因素间）效应。 ⑤统计学分析时，各因素及交互项所用误差项是相同的。 ◆优点： ?可分析各因素的主效应(m a i n e f f e c t s)（某因素各水平间的平均效应差异） ?因素间的交互效应(i n t e r a c t i o n)(一个因素的水平改变会影响另一个因素的效应) ?寻找最优方案或最佳组合 ?可允许数据缺失（完全随机分配情况下） ◆缺点： ?当因素较多或水平数较多时，所需实验次数过多。 ?一般来说，因素数最好不要多于6个，水平数亦不要过多，一般为2或3个。
自控实验报告_频率法串联超前校正
频率法串联超前校正 一．实验目的 1．了解和掌握二阶系统中的闭环和开环对数幅频特性和相频特性（波德图）的构造及绘制方法。 2．了解和掌握超前校正的原理，及超前校正网络的参数的计算。 3．熟练掌握使用本实验机的二阶系统开环对数幅频特性和相频特性的测试方法。 4．观察和分析系统未校正和串联超前校正后的开环对数幅频特性和相频特性，幅值穿越频率处ωc′，相位裕度γ，并与理论计算值作比对。 二．实验内容及步骤 本实验用于观察和分析引入频域法串联超前校正网络后的二阶系统瞬态响应和稳定性。超前校正的原理是利用超前校正网络的相角超前特性，使中频段斜率由-40dB/dec变为-20dB/dec并占据较大的频率范围，从而使系统相角裕度增大，动态过程超调量下降；并使系统开环截止频率增大，从而使闭环系统带宽也增大，响应速度也加快. 1．未校正系统的时域特性的测试未校正系统模拟电路图见图1。本实验将函数发生器（B5）单元作为信号发生器，OUT输出施加于被测系统的输入端Ui，观察OUT从0V 阶跃+2.5V时被测系统的时域特性。 图1未校正系统模拟电路图 未校正系统的开环传递函数为：0.3S) 0.2S(16)S(G模拟电路的各环节参数：积分环节（A5单元）的积分时间常数Ti=R1*C1=0.2S，惯性环节（A6单元）的惯性时间常数T=R2*C2=0.3S，开环增益K=R2/R3=6。实验步骤：注：‘S ST’用“短路套”短接！ （1）将函数发生器（B5）单元的矩形波输出作为系统输入R。（连续的正输出宽度足够大的阶跃信号) ①在显示与功能选择（D1）单元中，通过波形选择按键选中‘矩形波’（矩形波指示灯亮）。 ②量程选择开关S2置下档，调节“设定电位器1”，使之矩形波宽度≥3秒（D1单元左显示）。 ③调节B5单元的“矩形波调幅”电位器使矩形波输出电压=2.5V（D1单元右显示）。（1）构造模拟电路：按图3-3-2安置短路套及测孔联线，表如下。 （3）运行、观察、记录：A6（OUT）接CH1×1档，B5（OUT）接CH2×1档。 ①运行LABACT程序，在界面自动控制菜单下的“线性系统的校正和状态反馈”-实验项目，选中“线性系统的校正”项，弹出线性系统的校正的界面，点击开始，用虚拟示波器CH1
常用几种实验设计统计分析方法的正确选择一完全随机设计资料的统计分析方法
读者作者编者 常用几种实验设计统计分析方法的正确选择&一’ 完全随机设计资料的统计分析方法 闫丽娜e杨海涛e高霞 河北医科大学流行病与卫生统计教研室河北石家庄050017> 关键词:统计学e医学;方法;数据收集 中图分类号:R195.1 文献标识码:A 文章编号:1004-583X(2013)03-N-02 d o i:10.3969/.i s s n.1004-583X.2013.03.045 在医学科学研究中要实现完整而准确的统计分析首先要确定实验设计的类型详见本刊2013年28卷第2期医学科研中常用实验设计方法其次分清资料的类型根据数据资料类型分为定量资料和定性资料两种定量资料是通过一定的度量衡方法对观察单位测得的数据有度量衡单位医学上常见的各种生理学生化学指标如血压脉搏血红蛋白白细胞血清胆固醇等都为定量资料进行统计描述时若为正态分布常用平均值标准差I S>表示若为非正态分布常用[中位数四分位数距>][M G R>]表示定性资料是将观察单位按某种属性或类别分组然后清点各组的观察单位数如性别血型某病的治愈未愈人数等都为定性资料进行统计描述时常用例>构成比相对比表示再者应该考虑各种统计方法的适用条件现将完全随机设计资料中常用的统计分析方法介绍如下 1数据资料为定量资料 1.1两样本之间进行比较一般应用统计软件先对其正态性和方差齐性进行检验检验水准常取0.10如果两资料满足正态分布同时方差齐选择两独立样本I检验[1]如果只满足正态分布而方差不齐则应用I H检验如果不服从正态分布或既不是正态分布又不能满足方差齐性应选用两独立样本比较的秩和检验W i l c o x o n秩和检验>[2]常见错误=不考虑I 检验和检验的适用条件一律采用I检验 1.2多样本之间比较首先也要考虑是否满足正态性和方差齐性方法同前如满足选用完全随机设计方差分析若P＞ 0.05认为多个总体均值之间无差别若P＜0.05认为多个总体均值总的来说有差别还需进一步做两两比较常用 S N K检验G检验>L S D-I检验B o n f e r r o n i检验[3]S N K 检验G检验>适用于所有各组两两间的比较即探索性研究例如3种抗癌药物的治疗效果两两之间是否有差别事先未知任何信息需要用S N K检验去探索性分析到底哪两组有差别L S D-I检验适用于证实性研究中事先计划好的某几对均值间的比较例如两个试验组如某新药不同的两个剂量组>与对照组比较是否有差异可采用L S D-I检验分别对两剂量组与安慰剂进行检验B o n f e r r o n i检验是多重比较中应用最多的方法该方法优点是简单适用范围广但结果较为保守例如3组间两两比较共需比较3次初始检验水准为0.05调整后的检验水准为0.05/3=0.017两两比较所得P 值要与0.017比较从而得出结论如不满足则选用多个样本 比较的秩和检验K r u s k a l-W a l l i s~检验>当P＜0.05时常采用扩展的I检验进行两两比较常见错误=不考虑方差分析后两两比较的适用范围方差分析后一律采用S N K检验 2数据资料为无序定性资料 2.1两样本之间进行比较t若为两分组结局变量为两水平即普通2X2四格表见表1结局变量为有效和无效当n j40且四个格子理论频数T>j5时选用四格表检验;当n j40但存在有格子的理论频数1＜T t5时选用校正o2检验;当n t40或存在理论频数T t1时不宜采用o2检验选用F i s h e r确切概率法;当P。a时选用四格表资料的F i s h e r确切概率法＠若仍为两分组结局变量为三水平及以上即2X C表见表2结局变量为A型B型A B型O型>要比较两者的构成比是否有差别时若不存在超过1/5以上的格子理论频数1＜T t5或不存在任何一个格子的理论频数T t 1选用RXC表o2检验的方法否则选用F i s h e r确切概率法常见错误=四格表资料不考虑例数和理论频数等适用条件一律采用四格表o2检验;2XC表资料不计算各个格子的理论频数导致不考虑是否有1/5以上的格子理论频数1＜T t5或有任何一个格子的理论频数一律采用RXC表o2检验 表1两种药物治疗脑动脉硬化的疗效[例>] 组别例数有效无效新药组444193.2>36.8> 传统药物组241875.0>625.0> 表2患者与健康输血员血型分布例> 组别例数A型B型A B型O型合计 疾病组239476********* 健康组18752541962187 2.2多样本之间进行比较如果比较多组之间率或构成比有无差别或推断两种分类变量有无关联性适用条件同2X C表选用RXC表o2检验RXC表o2检验如果有差异还需采用率的多重比较进一步推断哪两个总体率间有差别一般选用S c h e f f e'可信区间法及B o n f e r r o n i检验水准调整法[4] 3数据资料为有序定性资料 3.1两样本之间进行比较即单向有序资料如分组变量为两药物组结局变量为显效有效无效>选用两独立样本 W i l c o x o n秩和检验常见错误=不考虑结局变量是否有序一律选用RXC表o2检验 3.2多样本之间进行比较t若分组变量如年龄各阶段>有序而结局变量无序可视为双向无序采用RXC表检验; (下转正文第244页) N<临床荟萃>2013年3月5日第28卷第3期C l i n i c a l F o c u s M a r c h52013V o l28N o.3万方数据
【推荐】实验设计方案四篇
【推荐】实验设计方案四篇 实验设计方案篇1 发展节水型水产养殖、种植模式，进化水质节约用水，清除鱼池中有机质带来的污染，绿化池塘有效提高池塘利用率，把池塘效益最大化除了优化水产品的品种结构外，还可以开发利用水面及水面以上的空间。这是未来池塘养殖的发展趋势。利用池塘养殖空间，水下养鱼，水面种菜，是发展水池养殖与种植相结合的方向之一。鱼的生存生长产生的废物，恰好是水生蔬菜所必须的营养。精养鱼池的肥水实际上是无土栽培的营养液。在池塘蔬菜种植和水产养殖的结合中，要根据重庆地区池塘养殖的模式和特点，结合当地的气候季节变化，如何因事利导，趋利避害，因地制宜，选择合适的品种搭配采取相适应的种养技术，是我们鱼菜共生实验成功的关键。根据上述思路制定设计方案如下： 一、设计目标 我场位于璧山县城与狮子镇之间，养殖水源已严重污染，河水无法使用。其净化池水水质减少循环已成头等大事。 1。鱼菜共生池全年不因养鱼投饲料污染水质而换水（确因天旱池水枯竭，只能适当补给）。利用蔬菜汲取池中氨、氮、磷等多余元素净化水质达到不换水的目的。 2。鱼产量1000公斤/亩、蔬每亩500公斤。
3。对比池鱼产量1000公斤/亩。 二、设计方案 由于该实验在重庆地区属初试，在全国也没有完全成熟的经验可以借鉴，所以在种植蔬菜的浮床用材方面，既要考虑浮力，又要与就地取材、低成本原则相结合考虑：1。浮床： ①用竹子做浮筐，在浮筐上用聚乙烯网布作浮床的面和底。使其面、底中空高度在10cm左右、面部开孔植菜，底部透水供菜营养、并防鱼吃菜根。 ②用塑料管做浮筐，其他同①。 ③用板房填充泡沫作浮床开孔植菜，但下部分需网布防鱼吃菜根。 ④利用竹块定型，同样用网布上下隔两层，然后在四角用竹棍定植在池中，靠四角竹棍支撑重量，成本最低。 2。植菜的品种：适应水生的品种。 ①空心菜：生长期4—10月，时间长、产菜期长。 ②水芹菜：生长期10—来年3月，有效利用冬季延续空心菜的产量。 ③丝瓜：需大水大肥、可搭架立体利用水面以上的空间。 3。池鱼放养模式：结合当地养殖习惯，不回避草鱼。 4。种植面积不超过养鱼水面的20%、不低于15%。 三、实验场地
试验统计方法第四版盖钧镒
实验误差：真值与测定值之间的误差。类型：系统误差，随机误差，过失误差 准确性：指观测值与理论真值间的符合程度。 精确性：指观测值之间的符合程度。 如何提高准确性和精确性。 一是人员素质与水平的提高；二是好的设施和环境；三是方法选择，正确地选择检测方法对提高检测数据的准确性至关重要。四是样品的抽区和制备，正确抽样具有代表性的均匀样品，是保障检测数据准确性的重要环节；五是质量控制。检测结果质量是实验室始终关注的重点。 消除系统误差的方法：控制环境条件;正确选用检测指标；保证检测仪器的准确性；保证试剂质量。采样方法，样品制备，储藏标准化；注意药物或其他因素干扰。 控制实验误差方法：减少环境误差；相对测量法；直接替代法；交替测定法；补偿法；动态操作法 Gosset用实验方法发现了t分布（假设检验） Fisher提出了方差分析。 重复：实验中同一处理种植的小区数为重复次数。 完全随机设计：将各处理随机分布到各个实验单元中，每一处理的重复数可以相等或不相等。 完全抽样：样本数量和总体数量完全一致的抽样。 常见的实验方法：单因素实验设计；均分法；对分法；黄金分割法；
多因素实验设计；旋升法 常见的实验设计：完全随机设计；配对设计；随机区组设计 总体：具有共同性质个体所组成的集团 样本：从总体抽取若干个个体来研究，这些个体的集合 实验资料：数量性状资料：连续性变数；间断性变数 计数资料：先将观察单位按其性质或类别分组，然后清点各组观察单位个数所得资料。 计量资料：连续的数据，通常有具体的数值，如身高，体重等。计量资料是用仪器、工具1或其他定量方法对每个观察单位某项标志进行测量，并把测量结果用数值大小表示出来的资料。 统计推断的意义：通过样本推断总体是通过总体分布的数量特征。即参数来反映的。因此，统计推断包括：对总体的未知数进行估计；对于参数的假设进行检查；对总体进行预测预估等。 算术平均数特征：离均差的总和等于0；离均差平方和最小 为什么变异系数与平均数，标准差要配合使用？ 由于变异系数是一个不带单位的纯数，故可以用两个事物的变异都大小，若只从标准差来看，例如甲比乙的变异大，但因两者的均数不同。标准差不宜直接比较。在使用变异系数使。应该认识到的是由标准差与平均数构成的比数，既受标准差的影响，又受平均数的影响，因此，在使用变异系数表示样本变异程度时，宜同时列举平均数和标准差，否则会误会。 和事件：事件A和事件至少有一个发生而构成的新事件成为事件A和