温度控制系统滞后校正环节设计.docx

武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书

目录

1无源滞后校正的原理 2

1.1无源滞后网络校正的原理 3

2系统滞后补偿环节的设计 5

2.1求出最大滞后角 5

2.2计算滞后网络的传递函数 5

2.3计算滞后校正后函数的相角裕度 6

2.4画出滞后校正前后的奈氏曲线 6

2.5画出滞后校正前后的波特图 7

3阶跃响应曲线及系统的动态性能指标 10

3.1画出原函数的阶跃响应曲线 10

4.2画出超前校正后系统的阶跃响应曲线 错误!未定义书签。12

4.3超前校正后的系统动态性能指标 错误!未定义书签。13

4.4画出滞后校正后系统的阶跃响应曲线 10

4.5滞后校正后的系统动态性能指标 :..............11

5心得体会 12

参考文献 错误!未定义书签。16

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温度控制系统校正环节设计

在现代的科学技术的众多领域中，自动控制技术起着越来越重要的作用。自动控制技术是能够在没有人直接参与的情况下，利用附加装置(自动控制装置)使生产过程或生产机械(被控对象)自动地按照某种规律(控制目标)运行，使被控对象的一个或几个物理量(如温度、压力、流量、位移和转速等)或加工工艺按照预定要求变化的技术。它包含了自动控制系统中所有元器件的构造原理和性能，以及控制对象或被控过程的特性等方面的知识，自动控制系统的分析与综合，控制用计算机(能作数字运算和逻辑运算的控制机)的构造原理和实现方法。自动控制技术是当代发展迅速，应用广泛，最引人瞩目的高技术之一，是推动新

的技术革命和新的产业革命的核心技术，是自动化领域的重要组成部分。

自控控制理论是以传递函数为基础的经典控制理论，它主要研究单输出入一单输出，线性定常系统的分析和设计问题。在线性控制系统中，常用的无源校正装置有无源超前网络和无源滞后网络，通过校正来改善系统的动态性能指标。系

统的动态性能的改变可以由校正前后的奈奎斯特曲线和波特图看出。

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1无源超前校正和无源滞后校正的原理

1.1无源滞后网络校正的原理

无源滞后网路电路图如下：

图1-1无源滞后网络电路图

如果信号源的内部阻抗为零，负载阻抗为无穷大，则滞后网络的传递函数为

T=(R?+R?)C

分度系数

时间常数

在设计中力求避免最大滞后角发生在已校系统开环截止频率o附近。如

图1-2所示，选择滞后网络参数时，通常使网络的交接频率远小于o:一般取

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图1-2校正装置的波德图

由于滞后校正网络具有低通滤波器的特性，因而当它与系统的不可变部分串联相连时，会使系统开环频率特性的中频和高频段增益降低和截止频率减小，从而有可能使系统获得足够大的相位裕度，它不影响频率特性的低频段。由此可见，滞后校正在一定的条件下，也能使系统同时满足动态和静态的要求。

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Phase(deg)

Phase(deg)Magnitude(dB)

2系统滞后补偿环节的设计

2.1根据稳态误差系数确定开环增益K

2.2用频域法确定滞后校正的参数

BodeDiagram

Gm=6.85dB(at2.83rad/sec),Pm=21.8deg(at1.9rad/sec)

Frequency(rad/sec)

图2-1校正前系统的波德图.

(1)取K=9,按K=9绘制未校正系统伯德图如图2-1所示。由伯德图可见，γ=22°50°

(2)-180°+y+e=-180°+50°+10°=-120°(校正后系统截止频率较小，因

此ε取为10°)所以，做-120°线，与原系统相频特性曲线交点的横坐标为

w=1.01,则取o=1.01。

(3)在未校正系统伯德图上量得201g|G,(jo。)|=8.8dB,由得a=0.36。

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phase(deg)

phase(deg)Magnitude(dB)

(4)

满后校正的传递函数为

3.1计算滞后校正后函数的相角裕度

运用MATLAB可以得到其相角裕度，程序代码如下：

num=[50.589];den=[6.24,40.96,52.52,18.8,1];margin(num,den)

求其相角裕度

BodeDiagram