某控制系统的稳态精度已充分满足要求，欲减小超调量、提高瞬态响应速度应采用（）。
A 、相位超前的串联校正
B 、相位滞后的串联校正
C 、局部速度反馈校正
D 、前馈校正
【正确答案：A】
控制系统不可变部分的频率特性在截止频率附近有相角滞后，利用校正装置产生的超前角，可以补偿相角滞后，用来提高系统的相位稳定裕量，改善系统的动态特性。在系统稳定性满足的情况下，要求系统的响应快、超调小，可采用串联超前校正。串联超前校正的一般步骤为：①根据稳态误差要求的指标，确定开环放大系数K；
②在已知K后，计算未校正部的相位裕量；
③根据动态性能指标要求，确定需要的超前相角；
④确定系统的ωm；
⑤确定超前网络的参数a，T。
提高系统的稳态精度，主要从几个方面着手：
1、增加积分环节，提高系统的精度等级；
2、增加放大系数，减小有限误差；
3、采用补偿的方法，如指令信号补偿或干扰补偿，在保证系统稳定的前提下减小稳态误差。
具体可以参照测量学中的测量误差章节，降低系统误差，避免偶然误差：t快速切除故障。广泛采用自动重合闸。发电机装强行励磁装置。快速关闭主汽门。
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稳态误差的分类稳态误差按照产生的原因分为原理性误差和实际性误差两类。
①原理性误差为了跟踪输出量的期望值和由于外扰动作用的存在，控制系统在原理上必然存在的一类稳态误差。
当原理性稳态误差为零时，控制系统称为无静差系统，否则称为有静差系统。原理性稳态误差能否消除，取决于系统的组成中是否包含积分环节。
②实际性误差系统的组成部件中的不完善因素（如摩擦、间隙、不灵敏区等）所造成的稳态误差。这种误差是不可能完全消除的，只能通过选用高精度的部件，提高系统的增益值等途径减小。
1.控制建模以及控制算法选择
在本控制对象电阻加热炉功率为800W，由220V交流电供电，采用双向可控硅进行控制。本设计针对一个温度区进行温度控制，要求控制温度范围50~350C，保温阶段温度控制精度为正负1度。选择合适的传感器，计算机输出信号经转换后通过双向可控硅控制器控制加热电阻两端的电压。其对象问温控数学模型为：
其中,时间常数Td=350,放大系数Kd=50,滞后时间=10秒,控制算法选用改PID控制。
由于计算机控制是一种采样控制，它只能根据采样时刻的偏差值计算控制量。因此积分和微分项不能直接计算，只能用数值计算的方法逼近。在采样时刻t=iT（T为采样周期），可得PID调节公式：
如果采样周期T取得足够小，这种逼近可相当准确，被控过程与连续控制过程十分接近，我们把这种情况称为“准连续控制”。
上式表示的控制算法提供了执行机构的位置ui，所以称为位置式PID控制算法。所谓PID，指的是Proportion-Integral-Differential，即比例-积分-微分。当执行机构需要的不是控制量的绝对数值，而是其增量时，由上式可导出提供增量的PID算法。
只要将上述两个公式相减可得下面的公式：
上式称为增量式PID控制算法。也可进一步改写为：
其中：
上式就是PID增量式递推形式，与位置式PID控制算法相比较，有如下优点：
增量式PID控制算法对控制量计算的影响较小，且较容易通过加权处理获得比较好的控制效果；
由于计算机只输出控制增量，所以误动作时影响小，且必要时可用逻辑判断的方法去掉，对系统安全运行有利；
手动/自动切换时冲击比较小。
2.采样周期T的选择采样周期T的选择原则：
a).必须满足采样定理的要求，即满足；
b).从控制系统的随动和抗干扰的性能来看，则T小些好。干扰频率越高，则采样频率最好愈高，以便实现快速跟随和快速抑制干扰。
c).根据被控对象的特性，快速系统的T应取小，反之， T可取大些。
d).根据执行机构的类型，当执行机构动作惯性大时，T应选大些。否则执行机构来不及反应控制器输出值的变化。
e).从计算机的工作量及每个调节回路的计算成本来看，应T取的大些， T大对每一个控制回路的计算控制工作量相对减小，可以增加控制的回路数。
f).从计算机能精确执行控制算式来看，T应选大些。表3-1 采样周期T的经验数据
被测参数 采样周期T(s) 备注
流量 1～5 优先选用1s
压力 3～10 优先选用5s
液位 6～10
温度 15～20
3.PID控制器参数对系统性能的影响
PID控制器的参数，即比例系数KP、积分时间常数TI和微分时间常数TD分别能对系统性能产生不同的影响。
（一）比例系数KP对系统性能的影响a).对动态特性的影响：比例系数KP加大，使系统的动作灵敏，速度加快。 KP偏大，则振荡次数加多，调节时间加长。当KP太大时，系统会趋于不稳定。若KP太小，又会使系统的动作缓慢。b).对稳态特性的影响：加大比例系数KP，在系统稳定的情况下，可以减小稳定误差eSS，提高控制精度。但是，加大KP只是减少eSS，去不能完全消除稳定误差。 （二）积分时间常数TI对系统性能的影响a).对动态特性的影响：TI太小时，系统将不稳定， TI偏小，则系统振荡次数较多。 TI太大，对系统性能的影响减少。当TI合适时，过渡过程的特性则比较理想。b).对稳态特性的影响：积分控制能消除系统的稳态误差，提高控制系统的控制精度。但是若太大时，积分作用太弱，以至不能减小稳态误差。 （三）微分时间常数TD对系统性能的影响微分控制可以改善动态特性，如超调量减小，调节时间缩短，允许加大比例控制，使稳态误差减小，提高控制精度。当TD偏大时，超调量较大，调节时间较长；当TD偏小时，超调量也较大，调节时间也较长；只有TD合适时，可以得到比较满意的过渡过程。
4.PID参数选择
（一）用扩充临界比例度法选择PID参数扩充临界比例度法是以模拟调节器中使用的临界比例度法为基础的一种PID数字控制器参数的整定方法。用它整定T、KP、TI和TD的步骤如下：a).选择一个合适的采样周期T，控制器作纯比例KP b).调整KP的值，使系统出现临界震荡，记下相应的临界震荡周期Ts和临界震荡增益Ks c).选择合适的控制度。所谓控制度就是数字控制器和模拟调节器所对应的过渡过程的误差平方的积分比，即 控制度=通常当控制度为1.05时，数字控制器和模拟控制器的控制效果相当。当控制度为2.0时，数字控制器比模拟控制器的控制质量差一倍。 d).根据控制度，查表3-2，即可求出T、KP、TI和TD的值。 表3-2 扩充临界比例度法整定参数表
控制度 控制规律 T/Ts KP/KS TI/TS TD/TS
1.05 PIPID 0.030.014 0.540.63 0.880.49 -0.14
1.2 PIPID 0.050.045 0.490.47 0.910.47 -0.16
1.5 PIPID 0.140.09 0.420.34 0.990.47 -0.20
2.0 PIPID 0.220.16 0.360.27 1.050.4 -0.22
(二)PID归一参数整定法PID控制算法的增量式表达式为： 对上式做Z变换，可得PID数字控制器的Z传递函数为
PID数字控制器参数的整定就是要确定T、KP、TI和TD四个参数，为了减少在线整定参数的数目，常常人为约定的条件，以减少独立变量的个数，例如取
式中Ts是纯比例控制时的临界震荡周期。此时相应的差分方程为：
由上式可以看出，对四个参数的整定简化成了对一个参数KP的整定，使问题明显地简化了。(三)凑试法确定PID调节参数凑试法是通过模拟或闭环运行（如果允许的话）观察系统的响应曲线（例如阶跃响应），然后根据各调节参数对系统响应的大致影响，反复凑试参数，以达到满意的响应，从而确定PID调节参数。在凑试时，可参考以上参数对控制过程的影响趋势，对参数实行先比例、后积分、再微分的整定步骤。
表3-3 常见被调量的PID参数经验选择范围
被调量 采样周期T(s) K Ti/min Td/min
流量 对象时间常数小，并有噪声，故K较小，Ti较短, 不用微分 1~2.5 0.1~1
温度 对象为多容系统，有较大滞后，常用微分 1.6~5 3~10 0.5~3
压力 对象为容量系统，滞后一般不大，不用微分 1.4~3.5 0.4~3
液位 在允许有静差时，不必用积分，不用微分 1.25~5
5.于是使用软件设计后，分别确认PID三个系数的值，就可以通过GSD.exe软件控制分别看到GSM上面显示的波形，然后通过工程经验调整法来设定三个系数的值。以下是针对5种模型的系数调试结果和波形图：
Model1：
P = 0.83； I = 0.3； D = 0；
Model2：
P = 0.3；I = 0.33；D = 0；
Model3：
P = 0.22；I = 0.35； D=0.01；
1、超前校正
超前校正的校正装置的传递函数为一类串联校正在超前校正装置上输入一个正弦信号，则其输出量也是一个正弦信号，但在相位上超前于输入信号一个角度，超前校正之名即源于此。在复平面上，超前校正装置的特点是其传递函数的零点总是位于极点的右方。
超前校正装置基本上是一个高通滤波器，主要作用是能使控制系统的瞬态响应得到显著改善，但不能显著改善稳态精度。同时，如果存在噪声，则引入超前校正的结果会降低控制系统的信噪比，图中为用电阻、电容元件构成的一个超前校正网络。
2、滞后校正
滞后校正主要适用于以下场合：
（1）在系统响应速度要求不高而抑制噪声电平性能要求较高或需提高相位裕度的情况下，可考虑采用串联滞后校正；
（2）保持原有的已知要求的动态性能不变，而用以提高系统的开环增益，减小系统的稳态误差，可考虑采用串联滞后校正；
（3）若原系统已经不稳定或相对稳定裕度很小时，不能采用滞后校正。
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作用
滞后校正的高频段是负增益，因此，滞后校正对系统中高频噪音有削弱作用，增强抗干扰能力。利用滞后校正的这一低通滤波所造成的高频衰减特性，降低系统的截止频率（也称穿越频率），提高系统的相位裕度，以减小系统的超调量，改善系统的稳定性，这是滞后校正的作用之一。
为了避免滞后环节的负相位对相位裕度影响，应尽量使网络的最大滞后相位远离系统的截止频率。其目的是保持未校正系统在要求的开环剪切频率附近的相频特性曲线基本不变。由此可知选择滞后校正环节零极点的准则就是，使零极点尽量远小于截止频率，以降低相角滞后所带来的影响。
温馨提示：
