温度控制系统滞后校正环节设计

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1、课程设计任务书学生姓名：郑畅专业班级：自动化1101班指导教师：谭思云工作单位：自动化学院题目:温度控制系统滞后校正环节设计初始条件：传递函数为的三阶系统描述了一个典型的温度控制系统。用滞后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）设计滞后补偿环节，使系统满足和相角裕度的性能指标；（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

2、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：（1）课程设计任务书的布置，讲解（半天）（2）根据任务书的要求进行设计构思。（半天）（3）熟悉MATLAB中的相关工具（一天）（4）系统设计与仿真分析。（三天）（5）撰写说明书。（二天）（6）课程设计答辩（半天）指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录摘要11滞后校正原理及其装置21.1滞后校正原理及特性21.2滞后校正装置21.3滞后校正参数设定步骤32滞后校正环节的参数设计42.1用频域法确定滞后校正参数42.2校验滞后校正参数52.

3、3绘制校正前后奈氏曲线及波特图62.4奈奎斯特稳定判据73校正前后系统的动态性能分析93.1系统的阶跃响应曲线93.2系统的根轨迹103.3系统的动态性能分析114Simulink仿真124.1校正前系统仿真124.2校正后系统仿真155心得体会17参考文献18附录一19附录二200武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书摘要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

4、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。     本次课程设计的目的是完成对所给的温度控制系统进行滞后校正，使其校正后的系统满足要求的相位裕度并进行仿真。我们先通过相关计算并借助Matlab软件对原系统波特图的绘制，计算出滞后校正装置的相关参数，从而确定滞后环节的传递函数，再

5、利用Matlab对校正后的系统波特图进行绘制，校验其相位裕度。完成校验工作后，便完全确定了滞后校正的传递函数，可以得到完整的校正后系统传递函数，在Matlab中编写程序，完成对校正前后系统奈氏曲线、阶跃响应以及根轨迹的绘制，并对所得到的图形进行对比分析。最后，利用Matlab中所提供的Simulink软件包对校正前后的系统进行仿真，得到相对应的响应波形，并将其对比于此前的理论响应曲线进行了分析。关键词：温度控制、滞后校正、Matlab、Simulink仿真19武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书1滞后校正原理及其装置1.1滞后校正原理及特性滞后校正就是在前向通道中串联传递函数为的校

6、正装置来校正控制系统，其中，参数、可调。虽然滞后校正的传递函数与超前校正的传递函数仅是的值不同，但这一点却使得两种校正的性质具有本质的不同。滞后校正的零、极点发布如图1所示，波特图如图2所示。图1滞后校正的零、极点分布-20dB/dec图2滞后校正的波特图①从滞后校正的零、极点分布图可见，零点总是位于极点左边（），改变和的值，零、极点可以在平面负实轴上的任意位置，从而产生不同的校正效果。②从波特图相频特性曲线可以看出，在频段，具有相位滞后，相位滞后会给系统特性带来不良影响。解决这一问题的措施之一是使滞后校正的零、极点靠得很近，使之产生的滞后相角很小，这是滞后校正零、极点配置的原则之一；措

7、施之二是使滞后校正零、极点靠近原点，尽量不影响中频段，这是滞后校正零、极点配置的原则之二。③19武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书从波特图幅频特性可以看出，滞后校正的高频段是负增益，因此，滞后校正对系统中高频噪声有削弱作用，增强抗干扰能力。可以利用滞后校正的这一低通滤波所造成的高频衰减特性，降低系统的截止频率，提高系统的相位裕度，以改善系统的暂态性能，这是滞后校正的作用之一。显然，在这种情况下，应避免使网络的最大滞后相角发生