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《自动控制原理课程设计一uu课程设计题目.docx》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、一课程设计题目三、题目、任务及要求题目：已知单位反馈控制系统的开环传递函数为：，试设计超前校正环节使系统满足如下指标：（1）要求系统的开环增益不小于12；（2）系统校正后，相角稳定裕度；（3）系统校正后，系统增益裕度。二课程设计规范化要求四、设计步骤规范化要求根据自动控制理论，利用波德图进行串联校正设计的步骤如下：（1）根据要求的稳态品质指标，求系统的开环增益值；（2）根据求得的值，画出校正前系统的Bode图，并计算出剪切频率、相位穿越频率、相位裕量、增益裕量(要求利用MATLAB软件编程进行辅助设计)
2、,以检验性能指标是否满足要求。若不满足要求，则执行下一步；（3）分析（写出详细的理论分析过程，包括三种串联校正方法的特点及比较）并选择串联校正的类型（引前、滞后或滞后-引前校正），画出串联校正结构图；（4）确定校正装置传递函数的参数；（5）画出校正后的系统的Bode图，并校验系统性能指标(要求利用MATLAB软件编程进行辅助设计)。若不满足，跳到第三步。否则进行下一步；（6）提出校正的实现方式及其参数。三设计要求分析校正前系统分析校正前系统开环传递函数为根据设计要求，系统开环增益不小于12取K=6代入未
3、校正系统的开环传递函数中，得：G0s=12s0.3s+10.1s+1通过Matlab绘制原始系统的伯德图(1)程序清单k=6;n1=2;d1=conv(conv([10],[0.31]),[0.11]);disp('GO为');GO=tf(k*n1,d1);figure(1);margin(GO);[Gm,Pm,Wcg,Wcp]=margin(GO)绘制的伯德图如下：(3)增益裕度GM=0.915dB相位裕度γ=2.64°相位穿越频率ωcg=5.7735rad/s剪切频率ωc=5.47rad/s(4)分
4、析未校正系统的稳定性可以看到系统不满足以及的要求。num1=[12]den1=conv(conv([10],[0.31]),[0.11]);[num,den]=cloop(num1,den1)tf(num,den)%建立单位负反馈的闭环函数模型t=[0:0.1:10][y,x,t]=step(num,den)plot(t,y)%做出闭环函数的时域响应曲线gridonxlabel('Time:t/sec')ylabel('y')系统校正设计方案3.2校正装置的选择和论证3.2.1超前校正原理和特点相位超前
5、校正装置可以用如图3-1所示的网络实现，它是由无源阻容元件组成的，设网络输入信号源的内阻为零，输出端的负载阻抗为无穷大，则此相位超前校正装置的传递函数为式中图3-1相位超前RC网络式（3-1）表明，在采用无源相位超前校正装置时，系统的开环增益要下降，因为。由于，所以校正网络正弦输出信号的相位超前于输入信号，或者说具有正的相角特性，它反映了输出信号包含有输入对时间的微分量。在选择的数值时，需要考虑的是系统高频噪声。超前校正网络是一个高通滤波器，而噪声的一个重要特点是其频率要高于控制信号的频率，值过小对抑制
6、系统的噪声不利。为保证较高的系统信噪比，实际中一般选用的不小于0.07。超前校正的基本原理是利用超前校正网络的相角超前特性去增大系统的相角裕度，以改善系统的暂态响应。因此，在设计校正装置时，应使最大的超前相位角可能出现在校正后系统的剪切频率处。用频率特性方法设计串联超前校正装置的步骤如下：（1）根据给定的系统稳态性能指标，确定系统的开环增益K。（2）绘制在确定的K值下系统的伯德图，并计算相角裕度（3）根据给定的相角裕度，计算所需要的相角超前量式中的，是因为考虑到校正装置影响剪切频率的位置而留出裕度。（4
7、）令超前校正装置的最大超前角，并按下式计算网络的系数，如果，则应该考虑采用有源校正装置或两级网络。（5）将校正网络在处的增益定为，同时确定未校正系统伯曲线上的增益为处的频率，即为校正后系统的剪切频率。（6）确定超前校正装置的交接频率（7）画出校正后系统的伯德图，验算系统的相角稳定裕度，如不符合要求，可以增大值，并从第3步起重新计算。（8）校验其他的性能指标，必要时重新设计参量，直到满足全部性能指标。3.2.2滞后校正原理和特点相位滞后校正装置可以用图3-2所示的RC无源网络实现，假设输入信号源的内阻为零
8、，输出负载阻抗为无穷大，可以求得其传递函数为式中图3-2相位滞后RC网络式子（3-2）表明，在采用无源相位滞后校正装置时，对系统稳态的开环增益没有影响，但是在暂态过程中，将减小系统的开环增益。同时相位滞后校正网络实际是一个低通滤波器，它对低频信号基本没有衰减作用，但能削弱高频噪声，值越大，抑制噪声的能力越强。通常选择较为适宜。采用相位滞后校正装置改善系统的暂态性能时，主要是利用其高频幅值衰减特性。但注意避免是最大滞后相角发生在校正后系统的开
