串联校正装置的设计

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1、学号11390237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日学生姓名太贻炜班级2011级电气3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2011级3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：设单位反馈系统的开环传递函数为：要求校正后系统的静态速

2、度误差系数Ｋv≥5(rad/s)，截止频率ωc≥2(rad/s)，相角裕度γ≥45°，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。3、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）：

3、批准日期：2013年12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22.3原系统的Nyquist曲线32.4原系统的根轨迹4三、校正装置设计53.1校正方案的确定53.3校正装置的Bode图6四、校正后系统的分析74.1校正后系统的单位阶跃响应曲线74.2校正后系统的Bode图84.3校正后系统的Nyquist曲线94.4校正后系统的根轨迹94.5校正后系统的Simulink仿真框图10五、总结11一、绪论校正，就是在系统中加入一些其参数可以根据需要而改变的机构或装置，使系统整个特性发

4、生变化，从而满足给定的各项性能指标。设计控制系统的目的，试讲构成控制器的各元件与被控对象适当组合起来，是指满足表征控制精度、阻尼程度和相应速度的性能要求。如果通过调整放大器增以后仍然不能全面满足设计要求的性能指标，就需要在系统中增加一些参数及特性可按需要改变的校正装置，是系统性能全面满足设计要求。这就是控制系统设计中的校正问题。按照校正装置在系统中的连接方式，控制系统校正方式可分为串联校正、反馈校正、前馈校正和复合校正四种。串联校正又称顺馈校正，实在系统主反馈回路之外采用的校正方式。前馈校正装置接在系统给定值之后及主反馈作用点之前的前

5、向通路上，这种校正装置的作用相当于给定信号进行整形或滤波后，再送入反馈系统，因此又称为前置滤波器；另一种前馈校正装置接在系统可测扰动作用点与误差测量点之间，对扰动信号进行直接或间接测量，并经变换后接入系统，形成一条附加的对扰动影响进行补偿的通道。前馈校正可以单独作用于开环控制系统，也可以作为反馈控制系统的附加校正而符合控制系统。串联超前校正是利用超前网络或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实现的，是开环系统戒指平率增大，从而闭环系统带宽也增大，使响应速度加快。串联滞后校正是利用滞后网络或PI控制

6、器进行串联校正的基本原理，利用其具有负相移和负幅值的特斜率的特点，幅值的压缩使得有可能调大开环增益，从而提高稳定精度，也可能提高系统的稳定裕度。在系统响应速度要求不高而抑制噪声电平性能要求较高的情况下，可以考虑采用串联滞后校正。此外，如果带校正系统已具备满意的动态性能，仅稳态性能不能满足指标要求，也可以采用串联滞后校正以提高系统的稳态精度，同时保持其动态性能仍然满足性能指标要求。第10页二、原系统分析2.1原系统的单位阶跃响应曲线单位反馈系统的开环传递函数为：，因为K≥5s，所以K=5。应用matlab绘制出原系统的单位阶跃响应曲线，

7、如图1所示。图1原系统的单位阶跃响应曲线由单位阶跃响应曲线可知，原系统等幅振荡，原系统不稳定。2.2原系统的Bode图应用Matlab绘制出开环系统Bode图，如图2所示。第10页图2原系统的Bode图由Bode图可知：相角裕度γ=0°＜45°；截止频率ωc=2(rad/s)；幅值裕度h=0dB。可知相角裕度不满足要求，所以考虑加入串联滞后校正系统。2.3原系统的Nyquist曲线应用Matlab绘制出原系统的Nyquist曲线，如图3所示。第10页图3原系统的Nyquist曲线2.4原系统的根轨迹校正前传递函数：标准形式：应用Mat

8、lab绘制出原系统根轨迹，如图4所示。第10页图4原系统的根轨迹三、校正装置设计3.1校正方案的确定由原装置的Bode图可知，原系统的相角裕度γ=0°＜45°；截止频率ωc=2.24(rad/s)；幅值裕度h=0dB。可