[毕业设计精品]用matlab进行控制系统的超前校正设计

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1、《自动控制原理》课程设计说明书前言系统校正，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。串联滞后校正是利用滞后网络或PI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MATLAB语言是当今国际上科学界(尤其是自动控制领域)最具影响力、也是最有活力的软件之一。在控制理论教学过程中引进MATLAB软件辅助教学，以培

2、养系统思维方式为重点进行。在内容上按通过建模组成控制系统、对控制系统进行分析和控制系统设计三部分来划分，再通过综合课程设计把三者有机联系起来。建模部分用MATLAB软件进行拉普拉斯变换、微分方程求解和各类模型的输入、形式变换等。分析部分可充分体现MATLAB软件的强大辅助教学作用，用它可非常方便的观察各种相应曲线、根轨迹、频率特性和参数变化对控制系统稳定性、动态特性的影响。设计部分放入综合课程设计，学生在教师指导下把前面介绍的几类控制系统的分析方法综合起来，自学系统校正内容，再用工程案例的形式把建模、系统分析和系统校正（系统设计）有机联系起来，工程案例以实际工程问题为对象，结

3、合学生已掌握的知识，经适当简化进行建模、分析、校正等，要求建模用机理方法手算推导，分析校正既用手算又用MATLAB软件进行，这样就使学生较完整地初步进行了自动控制原理理论与实际的结合。18《自动控制原理》课程设计说明书目录1.超前校正的原理及方法41.1何谓校正为何校正41.2超前校正的原理及方法42控制系统的超前校正设计62.1初始状态的分析62.2超前校正分析及计算83小结及体会1518《自动控制原理》课程设计说明书课程设计任务书题目:用MATLAB进行控制系统的超前校正设计。初始条件：已知一单位反馈系统的开环传递函数是要求系统的静态速度误差系数，。要求完成的主要任务:（

4、包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、用MATLAB作出满足初始条件的K值的系统伯德图，计算系统的幅值裕度和相位裕度。2、在系统前向通路中插入一相位超前校正，确定校正网络的传递函数，并用MATLAB进行验证。3、用MATLAB画出未校正和已校正系统的根轨迹。4、课程设计说明书中要求写清楚计算分析的过程，列出MATLAB程序和MATLAB输出。说明书的格式按照教务处标准书写。时间安排：1、课程设计任务书的布置，讲解（一天）2、根据任务书的要求进行设计构思。（一天）3、熟悉MATLAB中的相关工具（一天）4、系统设计与仿真分析。（四天）5、撰写说明书。（两

5、天）6、课程设计答辩（一天）指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日18《自动控制原理》课程设计说明书控制系统的超前校正设计1.超前校正的原理及方法1.1何谓校正为何校正所谓校正，就是在系统中加入一些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改变。校正的目的是为了在调整增益后仍然不能全面满足设计要求的性能指标的情况下，通过加入校正装置，使系统性能全面满足设计要求。1.2超前校正的原理及方法1.2.1超前校正的原理　　图1无源超前校正网络如图1所示，典型的无源超前装置由阻容元件组成。其中复阻抗Z1和Z2分别为装置的传递函数为从式中可看出，无源超前装置具有

6、幅值衰减的作用，衰减系数为1/a。如果给无源校正装置接一放大系数为a18《自动控制原理》课程设计说明书的比例放大器，便可补偿校正装置的幅值衰减作用，这时，传递函数就可写为。将代入上式，有可求出最大超前相角为1.2.2超前校正的应用方法利用频率法设计超前校正装置的步骤：1)根据性能指标对稳态误差系数的要求，确定k2)利用确定的开环增益k，画出未校正系统的Bode图，并求出其相位裕度和幅值裕度3)确定为使相位裕量达到要求值，所需增加的超前相位角。其中ε取(5°-25°)4)求得校正参数α5)求得剪切频率,通过查表法6)求取T7)画出校正后系统的Bode图，检验系统性能指标是否已全

7、部达到要求。若不满足要求，返回3重新选取ε18《自动控制原理》课程设计说明书2控制系统的超前校正设计2.1初始状态的分析由初始条件知，未校正系统的的传递函数为，而且静态速度误差系数，则有：故取K=6，则未校正系统的传递函数为：。上式为最小相位系统，用MATLAB画出未校正系统的伯德图，程序如下：figure(1)G0=tf(6,conv([10],conv([0.11],[0.31])));margin(G0);gridof伯德图如下：18《自动控制原理》课程设计说明书图3-1未校正系统的伯德图由伯德图