自动控制连续定常系统的频率法超前校正.doc

自动控制原理课程设计 评语： 考勤（10分） 守纪（10分） 过程（30分） 设计报告（30分） 答辩（20分） 总成绩（100分） 专 业： 自动化 班 级： 动2011级1班 姓 名： 陈宝平 学 号： ********* 指导教师： * * * 兰州交通大学自动化与电气工程学院 2013年12月25日 连续定常系统的频率法超前校正 1设计目的 （1）了解串联校正环节对控制系统动态性能和稳态性能的影响； （2）掌握用相频特性和幅频特性分析控制系统动态性能的方法； （3）掌握串联超前校正装置的设计方法和参数调试方法； （4）掌握用仿真技术和模拟实验验证校正环节理论设计的正确性的方法； （5）掌握设计给定系统超前校正环节的方法和技巧。 2题目要求 设一单位反馈控制系统的开环传递函数为： （11），剪切频率为，超调量。 3设计过程和步骤 （1）根据对静态速度误差系数的要求，确定系统的开环增益K： （2.1） 得系统开环增益为： 当时，未校正系统的开环频率特性为： （2.2） 相频特性和幅频特性分别为： （2.3） （2.4） （2）绘制未校正系统的伯德图，在MATLAB命令窗口输入以下程序： num=19; den=[0.009 0.19 1 0]; [mag,phase,w]=bode(num,den); margin(mag,phase,w) 程序运行后,如图1.1所示： 图1.1 未校正系统的Bode图 系统的增益裕度,相位裕度，相位交接频率，幅值交接频率。 （3）根据校正后给定的剪切频率，令，代入相频特性式（2.3）得： （2.5） 校正装置在处的幅值为： （2.6） （2.7） （4）验证系统超调量： 由式（2.7）得： （2.8） 又得： （2.9） （2.10） 故校正后系统的超调量为： （2.11） 所以校正后系统符合性能要求。 （5）计算超前校正网络的转折频率： 由于，则， （2.12） 为了补偿因超前校正网络的引入而造成的系统开环增益的衰减，必须使附加放大器的放大倍数为。 （6）校正后系统的开环传递函数为： （2.13） 4校正结果及分析 （1）绘制校正后的系统伯德图，在MATLAB命令窗口输入以下程序： num=[108.35 679.04]; den=[0.009 0.513 7.811 35.854 0]; [mag,phase,w]=bode(num,den); margin(mag,phase,w) 程序运行后，如图1.2所示： 图1.2 校正后系统的Bode图 系统的增益裕度,相位裕度，相位交接频率，幅值交接频率。 （2）校正结果分析： 经过加入串联超前校正装置，校正后系统的上升时间减小很多，提升了系统的响应速度；校正后系统的超调量明显减少了，阻尼比增大，系统的动态性能得到明显的改善；系统的稳定性也得到了提高。 5软件仿真实验结果及分析 （1）用MATLAB的SIMULINK搭建系统模型，进行仿真实验。 搭建系统校正前后的框图如图1.3所示。 图1.3 系统校正前后的框图 系统校正前后的仿真单位阶跃响应如图1.4所示。 图1.4 系统校正前后的阶跃响应 （2）实验结果分析： 由图1.4可看出经校正后的系统调节时间大大减小，提升了系统的响应速度；校正后系统的超调量减少，所以使阻尼比增加，动态性能得到改善。 6课程设计总结 经过此次课程设计，我对自动控制系统的校正有了进一步的认识。为了保证控制系统具有良好的性能，满足给定技术指标的要求，则需要在系统中加入校正装置，使其能够更完美的发挥控制作用。用频率法校正控制系统，主要是改变频率特性形状，使之具有合适的高频、中频、低频特性和稳定裕度，以得到满意的闭环品质。串联超前校正装置具有超前相位和高通滤波器的特性，它提供了微分控制功能可以改善系统的暂态性能，