自动控制原理课程设计：连续定常系统的频率法超前校正

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1、自动控制原理课程设计报告自动控制原理课程设计指导教师评语平时（20）报告（40）（30）总成绩设计（40）专业：自动化班级：动1001姓名：学号：指导教师：费克玲兰州交通大学自动化与电气工程学院2013年01月11日15自动控制原理课程设计报告目录1.设计目的32.设计内容32.1题目要求32.2用频率法对系统进行串联超前校正的一般步骤33.设计过程和步骤43.1确定开环增益43.2画出未校正系统的伯德图43.3确定校正装置最大超前相角53.4计算角53.5计算校正装置在处的幅值63.6计算超前校正

2、网络的转折频率63.7画出校正后系统的Bode图63.8画出两次校正之后的Bode图74.软件仿真85.电路模拟及结果分析：106.思考127.心得体会138.参考文献1415自动控制原理课程设计报告连续定常系统的频率法超前校正1.设计目的(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)掌握设计给定

3、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。2.设计内容2.1题目要求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：2.2用频率法对系统进行串联超前校正的一般步骤(1)根据稳态误差的要求，确定系统的开环增益；(2)根据确定的开环增益，画出未校正系统的伯德图，求出其相位裕量；(3)由给定的相位裕量值，计算超前校正装置应提供的相位超前量，即：式中的是用于补偿因超前校正装置的引入，使系统的剪切频率增大而增加的相角迟后量。值通常是这样估计的：如果未校正系统的开

4、环对数幅频特性在剪切频率处的斜率为，一般取；如果该频段的斜率为，则取(4)根据所确定的最大相位超前角，按下式算出相应的值:(5)计算校正装置在处的幅值(参见图1)。由未校正系统的对数幅频特性图,求得其幅值为处的频率，该频率就是校正后系统的开环剪切频率，即15自动控制原理课程设计报告；(6)确定校正网络的转折频率和：(7)画出校正后系统的伯德图，并验算相位裕量是否满足要求?如果不满足，则需增大值,从步骤(3)开始重新进行计算,超前校正装置的传递函数为：超前校正网络的伯德图如图1为：图1超前校正网络的B

5、ode图3.设计过程和步骤3.1确定开环增益根据给定静态误差系数的要求，确定开环增益KsG(s)=s*得K=150。3.2画出未校正系统的伯德图在MATLAB中输入以下语句：>>Go=zpk([],[0-10-100],150000);>>bode(Go)>>margin(Go)得到未校正系统的Bode图，如图2：15自动控制原理课程设计报告图2未校正系统的Bode图由上图可知，未校正系统的相角余度，剪切频率rads，幅值余度Gm=-2.69dB。3.3确定校正装置最大超前相角由题目要求可知，校正后

6、的系统的超调量高阶系统有以下公式，超调量：谐振峰值：由以上公式可得，，由于系统在剪切频率处的斜率为-40db/dec,一般取，取，则有3.4计算角由下式：得到。15自动控制原理课程设计报告3.5计算校正装置在处的幅值由未校正系统的对数幅频特性图，求得其幅值为-处的频率，该频率就是校正后系统的开环剪切频率，即,计算校正装置在处的幅值为:由系统的对数幅频特性图得，未校正系统在开环对数幅值-9.8172dB处对应的频率为68.6dB。3.6计算超前校正网络的转折频率由于，就有，则，即超前校正网络的传递函数

7、是：3.7画出校正后系统的Bode图校正后系统的开环传函为：在Matlab中输入以下命令：>>Go=zpk([-17.96],[0-10-100–263.9],2218934.9);>>bode(Go)>>margin(Go)得到校正后系统对应的Bode图如图3,由图可以得到，校正后系统的相角裕度为。此时，系统的超调量，不符合要求。再返回到第三步进行校正，此时，原系统的传递函数为：剪切频率为68.6rad/sec。Bode图在剪切频率处的斜率为-20dB/dec，取，则有15自动控制原理课程设计报告

8、图3第一次校正后系统的Bode图求出：校正网络在剪切角频率处的幅值为，未校正系统在幅值为-3.598的频率为，则校正系统的转折频率分别为：对应的校正装置的传函为：3.8画出两次校正之后的Bode图两次校正之后，系统的传递函数：15自动控制原理课程设计报告两次校正之后，系统的伯德图如下：在Matlab中输入以下命令：>>Go=zpk([],[0-10-100],150000);>>bode(Go)>>margin(Go)>>holdon>>G1=zpk([-17.96-