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1、姓名：指导老师：成绩：学院：电气工程学院专业：自动化班级：121实验内容：基于频域的串联校正控制器设计2014年12月5日【实验时间】2014年12月5日【实验地点】【实验目的】1.学会采用MATLAB进行串联超前、滞后和滞后—超前校正控制器的设计；2.掌握采用有源放大器模拟电路实现串联超前、滞后和滞后—超前校正的方法；3.练习控制性能比较与评估的方法。【实验设备与软件】1.labACT试验台与虚拟示波器2.MATLAB软件3.Multisim软件【实验原理】1、被模拟对象模型描述控制函数：；式中为传动系数，为机电时间常数。2、基于串联超前或串联滞
2、后或滞后—超前校正的闭环控制系统的串联校正方法主要是通过在前向通路上增加校正装置实现保证系统稳定基础上提高系统的暂态性能。从频率的角度，就是通过校正装置改变原系统的频率特性，包过幅频特性和相频特性，从而达到所要求的性能指标。串联校正闭环控制框图如下。－C(s)G(s)U(s)串联校正装置有无源和有源之分，均可设计成串联超前或串联滞后或滞后—超前校正方法式。矫正的基本形式是式中，K和a、b是两类可变参数。b=1，a>1表示相位超前；a=1，b>1表示相位滞后。K用于系统校正后的静态增益，以满足稳态性能指标和扰动抑制性能。K的选择取决于抚恤的稳态误差，
3、减小稳态误差就必须增大比列系数，但并不是比例系数越大越好。【实验内容、方法、过程与分析】1、实验内容过程与分析12用有有缘放大模拟电路模拟永磁他励电枢控制式直流电机机对象，采用基于Bode图的频率设计方法对以下三种参数的性能指标设计串联校正控制器。标称参数取J=0.001Kgm2，b=0.01Nm,Kt=Ke=0.1Nm/A,R=1Ω。在单位斜波输入下e*<0.02,相角裕度ψm*>50°。分别用超前校正和滞后校正设计，并进行比较。1、有源超前校正：（1）根据标称参数求出，Kd=5，Tem=0.005则开环传递函数为：（2）设采用有源串联超前校正：
4、依据稳态误差e*<0.02要求，选取控制器的静态增益K=10。绘制为校正系统KG（iω）的bode图，确定其交越频率ωcº和相角裕度ψmº。用MATLAB软件绘出bode图如：Matlab程序：>>KG=tf(50*1,[0.05,1,0])Transferfunction:50------------0.05s^2+s>>margin(KG)12如图所示直接读出KG的ωcº=28.6rad/s，ψmº=34.9°，系统稳定。但没有达到要求的相角裕度。所以需要的相角最大超调量为： γm= ψm*-ψmº+δ=50
5、-34.9+14.9=30°超前校正参数：a=3确定校正后系统的交越频率ω：由
6、Kωc
7、dB=-lga求得c=37.6rad/s确定校正装置的传递函数：校正后的开环传递函数为:校正后的后系统L(iw)的bode图：>>L=tf(50*[0.045,1],conv([0.0510],[0.0151]))Transferfunction:2.25s+50---------------------------0.00075s^3+0.065s^2+s>>margin(L)12从bode图可以看出校正后的相角裕度为φ=56.8°>50°满足设计要求。超前校
8、正对象的bode图、控制器的bode图，校正后的bode图程序：>>G=tf(5*1,[0.05,1,0])Transferfunction:5------------0.05s^2+s>>C=tf(10*[0.045,1],[0.015,1])Transferfunction:0.45s+10-----------0.015s+1>>L=tf(50*[0.045,1],conv([0.0510],[0.0151]))Transferfunction:2.25s+50---------------------------0.00075s^3+0.0
9、65s^2+s12>>margin(G);holdon;margin(L);holdon;margin(C)如上图中G为原对象的bode图，C为控制器的bode图，L为控制器的bode图。用有源超前校正模拟电路模拟实验，设计的实验电路图有：按实验线路图在labACT试验台接好线，通电实验在虚拟示波器上得出的结果如下图：122.无源滞后校正：（1）根据标称参数求出，Kd=5，Tem=0.005则开环传递函数为：（2）设采用无源串联滞后校正：经计算得：T=1，b=5；则校正后的传递函数为：得：无源滞后校正对象的bode图、控制器的bode图，校正后的b
10、ode图。程序：12>>G=tf(5*1,[0.05,1,0])Transferfunction:5-----------
