自控课程设计实验报告串联超前校正滞后装置

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1、15课题：串联超前校正滞后装置专业：电气工程及其自动化班级：组长：组员：指导教师：设计日期：成绩：1515超前校正课程设计报告一、设计目的（1）掌握控制系统设计与校正的步骤和方法。（2）掌握对控制系统相角裕度、稳态误差、剪切频率、相角穿越频率以及增益裕度的求取方法。（3）掌握利用Matlab对控制系统分析的技能。熟悉MATLAB这一解决具体工程问题的标准软件，能熟练地应用MATLAB软件解决控制理论中的复杂和工程实际问题，并给以后的模糊控制理论、最优控制理论和多变量控制理论等奠定基础。（4）提高控制系统设计和分析能力。二、设计要求与内容已知单位负反馈系统的开环传递函数，试用频率法

2、设计串联校正装置，要求校正后系统的静态速度误差系数，系统的相角裕度，校正后的剪切频率已知参数和设计要求：1．前期基础知识，主要包括MATLAB系统要素，MATLAB语言的变量与语句，MATLAB的矩阵和矩阵元素，数值输入与输出格式，MATLAB系统工作空间信息，以及MATLAB的在线帮助功能等。2．控制系统模型，主要包括模型建立、模型变换、模型简化，Laplace变换等等。3．控制系统的时域分析，主要包括系统的各种响应、性能指标的获取、零极点对系统性能的影响、高阶系统的近似研究，控制系统的稳定性分析，控制系统的稳态误差的求取。4．控制系统的根轨迹分析，主要包括多回路系统的根轨迹、

3、零度根轨迹、纯迟延系统根轨迹和控制系统的根轨迹分析。15155．控制系统的频域分析，主要包括系统Bode图、Nyquist图、稳定性判据和系统的频域响应。6．控制系统的校正，主要包括根轨迹法超前校正、频域法超前校正、频域法滞后校正以及校正前后的性能分析。三、实现过程1、系统概述所谓校正，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，使系统整个特性发生变化，从而满足给定的各项性能指标。系统校正的常用方法是附加校正装置。按校正装置在系统中的位置不同，系统校正分为串联校正、反馈校正和复合校正。按校正装置的特性不同，又可分为超前校正、滞后校正和滞后-超前校正、PID校正。这里

4、我们主要讨论串联校正。一般来说，串联校正设计比反馈校正设计简单，也比较容易对信号进行各种必要的形式变化。在直流控制系统中，由于传递直流电压信号，适于采用串联校正;在交流载波控制系统中，如果采用串联校正，一般应接在解调器和滤波器之后，否则由于参数变化和载频漂移，校正装置的工作稳定性很差。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，使开环系统截止频率增大，从而闭环系统带宽也增大，使响应速度加快。在有些情况下采用串联超前校正是无效的，它受以下两个因素的限制：1）闭环带宽要求。若待校正系统不稳定，为了得到规定的相角裕度，需

5、要超前网络提高很大的相角超前量。这样，超前网络的a值必须选得很大，从而造成已校正系统带宽过大，使得通过系统的高频噪声电平很高，很可能使系统失控。2)在截止频率附近相角迅速减小的待校正系统，一般不宜采用串联超前校正。因为随着截止频率的睁大，待校正系统相角迅速减小，使已校正系统的相角裕度改善不大，很难得到足够的相角超调量。串联滞后校正是利用滞后网络或PID控制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，也能提高系统的稳定裕度。15152、 设计与分析设计步骤：1)、只进行超前校正设计，由实际计算验证可知只进行超

6、前校正满足了，满足不了，不符合控制要求2)、只进行滞后校正设计，由实际计算验证可知只进行滞后校正同样满足了，满足不了，不符合控制要求3)、进行滞后-超前校正设计，由实际计算验证可知进行滞后-超前校正同样满足了，满足不了，不符合控制要求4)、经计算可知，对系统进行两次超前校正即可满足设计要求原始参数计算：设计要求,取各环节的转折频率为：根据转折频率画出伯德图如图1中L(ω)：（为原始时，为第一次校正后，为第二次校正后）1515为第一次校正后1515为第二次校正后1515图1增益交接频率由幅频特性第二段求得为解得：根据系统，取所以原系统的相角裕量=+=-=-1515又由=用Matla

7、b仿真得原始伯德图及根轨迹图：1）.在matlab中输入系统开环传函语句指令：num=5;den=conv([1,1,0],[0.25,1]);G=tf(num,den)建立系统模块后输入sisotool调出控制设计窗口如图：通过File→import将模块载入，便得到了原始的数据图系统输出波形1515由上面两个图可知：1）、输出波形等幅振荡，系统不稳定2）、系统截止频率满足控制要求3）、系统相角裕度=不满足控制要求结论：我们只需利用超前校正来增加相角裕度，使其能满足控制要求第一