超前滞后课程设计基于频率响应法的串联滞后

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1、重庆工商大学计算机仿真课程设计说明书学号：2009133224课程设计题目基于频率响应法的串联滞后-超前校正学院计算机科学与信息工程学院班级2009级自动化二班学号2009133224学生姓名杨普权指导教师吴诗贤2012年12月15日重庆工商大学计算机仿真课程设计说明书目录1滞后-超前校正设计任务、目的和原理11.1课程设计任务要求11.2滞后-超前校正设计目的11.3滞后-超前校正设计原理22滞后-超前校正的设计内容32.1校正前系统的参数32.1.1用MATLAB绘制校正前系统的伯德图42.1.2用MATLAB求校正前系统

2、的幅值裕量和相位裕量42.1.3用MATLAB绘制校正前系统的根轨迹52.1.4对校正前系统进行仿真分析72.2滞后-超前校正设计参数计算72.2.1选择校正后的截止频率72.2.2确定校正参数、和82.2.3用MATLAB绘制校正后系统的伯德图92.3滞后-超前校正后的验证103心得体会114参考文献11重庆工商大学计算机仿真课程设计说明书基于频率响应法的串联滞后-超前校正摘要MATLAB具有编程简单直观,开放性强等优点，能有效提高控制系统的工作效率，是控制系统中一种很好的工具。MATLAB除了传统的交互式编程之外，还提供丰

3、富可靠的矩阵运算、图形绘制、数据处理、方便的Windows编程等便利工具，出现了各种以MATLAB为基础的实用工具箱,广泛地应用于自动控制、图像信号处理、生物医学工程、语音处理、雷达工程、信号分析、振动理论、时序分析与建模、化学统计学、优化设计等领域。并显现出一般高级语言难以比拟的优势。介绍了用MATLAB5.1模糊逻辑工具箱设计模糊控制器，并用SIMULINK进行仿真的一般方法。该方法具有简便、直观、高效的特点。最后给出仿真结果。关键词：MATLAB应用软件；控制系统设计；离散系统设计；仿真；应用1滞后-超前校正设计任务、目

4、的和原理1.1课程设计任务要求设有一单位负反馈系统，其开环传递函数为要求系统的动态性能满足相位裕量,幅值裕量dB,稳态的速度误差系数（1/s），设计串联滞后-超前校正装置。用MATLAB对校正的系统进行仿真分析,比较校正的前后系统动态性能指标的差别.绘制出校正前和校正后的伯德响应曲线，求出校正前和校正后的幅值裕量和相位裕量。1.2滞后-超前校正设计目的所10重庆工商大学计算机仿真课程设计说明书谓校正就是在系统不可变部分的基础上，加入适当的校正元部件，使系统满足给定的性能指标。校正方案主要有串联校正、并联校正、反馈校正和前馈校正

5、。确定校正装置的结构和参数的方法主要有两类：分析法和综合法。分析法是针对被校正系统的性能和给定的性能指标，首先选择合适的校正环节的结构，然后用校正方法确定校正环节的参数。在用分析法进行串联校正时，校正环节的结构通常采用超前校正、滞后校正和滞后-超前校正这三种类型。超前校正通常可以改善控制系统的快速性和超调量，但增加了带宽，而滞后校正可以改善超调量及相对稳定度，但往往会因带宽减小而使快速性下降。滞后-超前校正兼用两者优点，并在结构设计时设法限制它们的缺点。1.3滞后-超前校正设计原理滞后-超前校正RC网络电路图如图1所示。图1滞

6、后-超前校正RC网络下面推导它的传递函数：令，则10重庆工商大学计算机仿真课程设计说明书其中为超前部分的参数，为滞后部分的参数。滞后-超前校正的频域设计实际是超前校正和滞后校正频域法设计的综合，基本方法是利用滞后校正将系统校正后的穿越频率调整到超前部分的最大相角处的频率。具体方法是先合理地选择截止频率，先设计滞后校正部分，再根据已经选定的设计超前部分。应用频率法确定滞后超前校正参数的步骤：1、根据稳态性能指标，绘制未校正系统的伯德图；2、选择校正后的截止频率；3、确定校正参数；4、确定滞后部分的参数；5、确定超前部分的参数；6

7、、将滞后部分和超前部分的传递函数组合在一起，即得滞后-超前校正的传递函数；7、绘制校正后的伯德图，检验性能指标。2滞后-超前校正的设计内容2.1校正前系统的参数根据初始条件，调整开环传递函数：当系统的静态速度误差系数时，。则满足初始条件的最小K值时的开环传递函数为10重庆工商大学计算机仿真课程设计说明书2.1.1用MATLAB绘制校正前系统的伯德图程序：>>num=10;>>den=conv([1,0],conv([1,1],[1,2]));>>bode(num,den)得到的伯德图如图2所示。图2校正前系统的伯德图2.1.2

8、用MATLAB求校正前系统的幅值裕量和相位裕量用命令margin(G)可以绘制出G的伯德图，并标出幅值裕量、相位裕量和对应的频率。用函数[kg,r,wg,wc]=margin(G)可以求出G的幅值裕量、相位裕量和幅值穿越频率。程序：>>num=10;>>den=conv([1