自动控制原理课程设计--串联校正装置的设计 

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1、学号天津城建大学自动控制原理A课程设计说明书串联校正装置的设计起止日期：2013年12月30日至2014年1月3日学生姓名班级2013级电气12班成绩指导教师(签字)控制与机械工程学院2014年1月3日天津城建大学课程设计任务书2013—2014学年第1学期控制与机械工程学院电气工程及其自动化专业电气2013级12班课程设计名称：自动控制原理A课程设计设计题目：串联校正装置的设计完成期限：自2013年12月30日至2014年1月3日共1周设计依据、要求及主要内容：已知单位反馈系统的开环传递函数为：要求校正后系

2、统的速度误差系数，相角裕度，截止频率，试设计串联校正装置。基本要求：1、对原系统进行分析，绘制原系统的单位阶跃响应曲线，2、绘制原系统的Bode图，确定原系统的幅值裕度和相角裕度。3、绘制原系统的Nyquist曲线。4、绘制原系统的根轨迹。5、设计校正装置，绘制校正装置的Bode图。6、绘制校正后系统的Bode图、确定校正后系统的幅值裕度和相角裕度。7、绘制校正后系统的单位阶跃响应曲线。8、绘制校正后系统的Nyquist曲线。9、绘制校正后系统的根轨迹。指导教师（签字）：系主任（签字）：批准日期：2013年1

3、2月8日目录一、绪论1二、原系统分析22.1原系统的单位阶跃响应曲线22.2原系统的Bode图32.3原系统的Nyquist曲线42.4原系统的根轨迹4三、校正装置设计63.1校正方案的确定63.2校正装置参数的确定63.3校正装置的Bode图7四、校正后系统的分析84.2校正后系统的Bode图94.3校正后系统的Nyquist曲线104.4校正后系统的根轨迹114.5校正后系统的Simulink仿真框图13五、总结13六、参考文献14一、绪论在系统中，往往需要加入一些校正装置来增加系统的灵活性，使系统发生变

4、化，从而满足给定的各项性能指标。按照校正装置的特性不同，可分为串联超前、串联滞后和串联滞后-超前校正。1.1串联超前校正利用超前网络或PD控制器进行串联校正的基本原理，是利用超前网络或PD控制器的相角超前特性。只要正确地将超前网络的交接频率和选在待校正系统截止频率的两旁，并适当选择参数和，就可以是校正系统的截止频率和相角裕度满足性能指标的要求，从而改善闭环系统的动态性能。应当指出，在有些情况下采用超前校正是无效的，它受以下两个因素的限制：1）闭环带宽要求。2）在截止频率附近相角迅速减小的待校正系统，一般不宜采

5、用串联超前校正。1.2串联滞后校正利用滞后网络或PI控制器进行串联校正的基本原理，是利用滞后网络或PI控制器的高频幅值衰减特性，使已校正系统截止频率下降，从而使系统获得足够的相角裕度。串联滞后校正与串联超前校正两种方法，在完成系统校正任务方面是相同的，但有以下不同之处：1)超前校正是利用超前网络的相角超前特性，而滞后校正则是利用滞后网络的高频幅值衰减特性。2)为了满足严格的稳态性能要求，当采用无源校正网络时，超前校正要求一定的附加增益，而滞后校正一般需要附加增益。3)对于同一系统，采用超前校正的系统带宽大于采

6、用滞后校正的系统带宽。1.3串联滞后-超前校正其基本原理是利用滞后-超前网络的超前部分来增大系统的相角裕度，同时利用滞后部分来改善系统的稳态性能。这种方法兼有滞后校正和超前校正的优点，即已校正系统响应速度较快，超调量较小，抑制高频噪声的性能也较好。当待校正系统不稳定，且要求校正后系统的响应速度、相角裕度和稳态精度较高时，宜采用串联滞后-超前校正。13二、原系统分析2.1原系统的单位阶跃响应曲线已知单位反馈系统的开环传递函数为：，要求校正后系统的速度误差系数，相角裕度，截止频率，由以上可得：该系统只有一个积分环

7、节，所以属于I型系统；由静态速度误差系数，可选取所以，开环增益，绘制该系统的单位阶跃响应曲线图1图1原系统单位阶跃响应13该系统响应程序为：num=[6];den=[1560];G=tf(num,den);G0=feedback(G,1)Transferfunction:6---------------------s^3+5s^2+6s+6step(G0)title('原系统单位阶跃响应','Fontsize',12)2.2原系统的Bode图对该系统进行分析，由MATLAB绘制BODE图，如图2图2原系统的b

8、ode图13该系统Bode图程序为：num=[6];den=[1560];s=tf(num,den);s=tf(num,den);margin(s)由图中可得：截止频率相角裕度幅值裕度2.3原系统的Nyquist曲线原系统的Nyquist曲线如图3所示：图3原系统的Nyquist曲线该系统的Nyquist曲线的程序为:num=[6];den=conv([10],[156]);nyquist(num,