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武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书
1
学号:
或续理工大掌课程设计
题目
温度控制系统超前校正环节设计
学院
自动化学院
专业
自动化
班级
自动化1002
姓·
指导教师
肖纯黄亮
2012年12月20日
武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书
2
课程设计任务书
··姓名:专业班级:
指导教师:——·—纯—工作单位:一自动化学院
题目:温度控制系统超前校正环节设计
初始条件:
的三阶系统描述了一个典型的
温度控制系统。用超前补偿设计满足给定性能指标的补偿环节。
要求完成的主要任务:(包括课程设计工作量及其技术要求,以及说明书撰写
等具体要求)
(1)设计一个超前补偿环节,使系统满足位置误差系数K,=10和相角裕
度PM≥30°的性能指标;
(2)画出系统在(1)校正前后的奈奎斯特曲线和波特图;
(3)用Matlab画出上述每种情况的阶跃响应曲线,并根据曲线分析系统
的动态性能指标;
(4)用Matlab画出校正前后系统的根轨迹;
(5)对上述任务写出完整的课程设计说明书,说明书中必须写清楚分析计算的过程,给出响应曲线,并包含Matlab源程序或Simulink仿
真模型,说明书的格式按照教务处标准书写。
时间安排:
任务
时间(天)
指导老师下达任务书,审题、查阅相关资料
2
分析、计算
2
编写程序
1
撰写报告
2
论文答辩
1
指导教师签名:年月日
系主任(或责任教师)签名:年月日
3
武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书
目录
目录 2
1控制系统超前校正环节设计的意义和任务 3
1.1控制系统超前校正环节设计的意义 3
1.2控制系统超前校正环节设计的任务 3
2设计方案 4
2.1校正前系统分析 4
2.2校正方案 4
3校正前后伯德图比较 5
4校正前后根轨迹比较 6
5校正前后奈奎斯特图 8
6校正前后单位阶跃响应比较 10
6.1系统校正前阶跃响应动态性能 11
6.2系统校正后阶跃响应动态性能 12
6.3系统校正前后性能比较 13
7小结与体会 13
参考文献 14
武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书
4
温度控制系统超前环节设计
1控制系统超前校正环节设计的意义和任务
1.1控制系统超前校正环节设计的意义
由控制对象和控制器的基本组成部分构成的反馈控制系统性能一般比较差。
在系统中引入一些附加装置来校正系统的暂态性能和稳态性能,使其全面满足性
能指标的要求。这些为校正系统性能而有目的地引入的装置为校正装置。超前校正的作用:
(1)在保持暂态性能不变的条件下,提高了稳态精度。
(2)在保持稳态性能不变的条件下,增大了截止频率,从而增大了相位裕
度,幅值裕度,减小了超调量。
超前校正就是利用超前相角补偿系统的滞后相角,改善系统的动态性能。
1.2控制系统超前校正环节设计的任务
初始条件:
的三阶系统描述了一个典型的温度
控制系统。用超前补偿设计满足给定性能指标的补偿环节。
要求完成的主要任务:
(1)设计超前补偿环节,使系统满足K,=10和相角裕度PM≥30°的
性能指标;
(2)画出系统在(1)校正前后的奈奎斯特曲线和波特图;
(3)用Matlab画出上述每种情况的阶跃响应曲线,并根据曲线分析系
统的动态性能指标;
(4)用Matlab画出校正前后系统的根轨迹。
5
2设计方案
当控制系统的性能指标不能满足期望的特性指标时,需要在已选定的系统不可变部分(包括测量元件,比较元件,放大元件及执行机构等)的基础上加入一些装置(即校正
装置),使系统能满足各项性能指标。
在本次设计中串入一个超前校正的传递函数已达到实验要求.
2.1校正前系统分析
用MATLAB作出满足初始条件的K值的系统伯德图,计算系统的幅值裕度和
相位裕度。
首先,确定系统开环增益K值:
Kp=k(0型系统)
可得满足初始条件的K值:K=10
那么满足初
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