自动控制原理课程设计——频率法的超前校正

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1、自动控制原理课程设计报告目录一.目的2二.内容2三.基于频率法的超前校正设计2四.校正前、后系统的单位阶跃响应图及simulink框图、仿真曲线图5五.电路模拟实现原理7六.思考题9七．心得体会.10八．参考文献.1010自动控制原理课程设计报告题目一连续定常系统的频率法超前校正一.目的1.了解串联超前校正环节对系统稳定性及过渡过程的影响；2.掌握用频率特性法分析自动控制系统动态特性的方法；3.掌握串联超前校正装置的设计方法和参数调试技术；4.掌握设计给定系统超前校正环节的方法，并用仿真技术验证校正环节理论设计的正确性。5.掌握

2、设计给定系统超前校正环节的方法，并模拟实验验证校正环节理论设计的正确性。二.内容已知单位反馈控制系统的开环传递函数为：设计超前校正装置，使校正后系统满足：三.基于频率法的超前校正设计1.根据稳态误差的要求，确定系统的开环增益；=100未校正系统的开环频率特性为：2.根据所确定的开环增益，画出未校正系统的伯德图，并求出其相位裕由得30.84又10自动控制原理课程设计报告代入得3.选取=56，计算的值所以有即有=0.0754.确定校正网络的转折频率和和传递函数所以超前校正网络的传递函数为：为了补偿因超前校正网络的引入而造成系统开环增

3、益的衰减，必须使附加放大器的放大倍数为=13.33所以有5.校正后系统的开环传递函数为：10自动控制原理课程设计报告6.对验证校正后的系统=又所以符合系统的要求7.画校正前、校正后、校正系统的伯德图在MATLAB命令窗口键入以下命令:Go=zpk([],[0-10-100],100000);bode(Go)holdonmargin(Go)求得校正前系统的伯德图如图1.1所示。图1.1校正前、后系统的伯德图在MATLAB命令窗口键入以下命令:Gc=zpk([-15.34],[-207.41],0.074);10自动控制原理课程设计

4、报告bode(Gc)Holdonmargin(Gc)求得校正系统的伯德图如图1.2所示。图1.2校正系统的伯德图在MATLAB命令窗口键入以下命令:G=zpk([-15.34],[0-10-100-207.41],1352086.05);bode(G)holdonmargin(G)求得校正后系统的伯德图如图1.1所示。四.校正前、后系统的单位阶跃响应图及simulink框图、仿真曲线图在MATLAB命令窗口键入以下命令：Go=zpk([],[0-10-100],100000);bode(Go)margin(Go)G=zpk([-

5、15.34],[0-10-100-207.41],1352086.05);bode(G)margin(G)sys1=feedback(Go,1)10自动控制原理课程设计报告sys2=feedback(G,1);step(sys1,sys2)求得校正前、后系统的单位阶跃响应图如图1.3所示。图1.3校正前、后系统的单位阶跃响应图校正前、后系统的simulink框图如图1.4所示。10自动控制原理课程设计报告图1.4校正前、后系统的simulink框图校正前、后simulink的仿真曲线曲线如图1.5所示图1.5校正前后simuli

6、nk的仿真曲线曲线五.电路模拟实现原理1.超前校正前系统的模拟原理图为：图1.6超前校正前系统的模拟原理图10自动控制原理课程设计报告2.超前校正后系统的模拟原理图为：图1.7超前校正后系统的模拟原理图3.仿真效果图1.8未校正仿真效果10自动控制原理课程设计报告图1.9校正后的仿真效果六.思考题1.超前校正对改善系统性能有什么作用？什么情况下不宜采用超前校正？答：超前校正是通过其相位超前特性来改善系统的品质；超前校正增大了系统的相位裕量和截止频率（剪切频率），从而减小瞬态响应的超调量，提高其快速性；超前校正对提高稳态精度作用不

7、大；超前校正适用于稳态精度已经满足、但瞬态性能不满足要求的系统。当未校正系统的相角在所需剪切频率附近向负相角方面急剧减小时，采用串联校正环节效果不大；或者当需要超前相角的数量很大时，超前校正的网络的系数α值需选择很小，从而使系统的带宽过大高频噪声能顺利通过系统。以上两种情况不宜采用串联超前校正。2.有否其他形式的校正方案？答：还有其他校正装置的连接方式：(1)基于根轨迹法的超前校正方法，(2)基于根轨迹法的超前滞后校正，(3)基于频率响应法的迟后校正，(4)根轨迹法的迟后超前校正，(5)频率响应法的迟后超前校正。3．分析校正前后

8、系统的阶跃响应曲线和Bode图，说明校正装置对改善系统性能的作用？答：增加开环频率特性在剪切频率附近的正相角，从而提高了系统的相角裕度；10自动控制原理课程设计报告减小对数幅频特性在幅值穿越频率上的负斜率，从而提高了系统的稳定性；提高了系统的频带宽度，从而提高了