单位负反馈系统校正自动控制原理课程设计报告

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1、指导教师评定成绩：审定成绩：自动控制原理课程设计报告设计题目：单位负反馈系统校正单位（二级学院）：学生姓名：专业：班级：学号：指导教师：设计时间：年月XXXXXXX大学XXXX学院制-11-目录1.设计题目已知单位负反馈系统被控制对象的开环传递函数用相应的频率域校正方法对系统进行校正设计，使系统满足如下动态及静态性能指标：（1）选取相应的频率域校正方法（2）在斜坡信号作用下，系统的稳态误差；（3）系统校正后，相位裕量。（4）当时，系统开环对数频率特性，不应有斜率超过／十低频的线段。要求：（1）分析设计要求，说明校正的设计思路（滞后校正，超前校正或滞后-超前校正）；（2）详细设计（包括的

2、图形有：校正结构图，校正前系统的Bode图，校正装置的Bode图，校正后系统的Bode图）；（3）MATLAB编程代码及运行结果（包括图形、运算结果）；（4）校正实现的电路图及结果（校正前后系统的阶跃响应图）；-11-2.设计报告正文2.1摘要利用超前网络或PD控制器进行串联校正的基本原理，是利用超前网络和PD控制器的相角超前特性。只要正确的将超前网络的交接频率1/aT和1/T选在待校正系统截止频率的两旁，并适当选取a和T，就可以是已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。闭环系统的稳态性能要求，可通过选择已校正系统的开环增益来保证。关键词：稳态误差

3、,相位裕量,超前校正2.2设计思路1）根据稳态误差要求，确定开环增益K。2）利用已确定的开环增益K，计算待校正系统的相位裕度r。3）根据截止频率wc的要求，计算超前网络参数a和T。在本步骤中，关键是选择最大超前角频率等于要求的系统截止频率，即wm=wc，以保证系统的响应速度，并充分利用网络的相角超前特性。显然，wm=wc成立的条件是-L（wm）=Lc（wm）=10lga根据上式不难求出a值，然后由T=确定T。4）验证已校正系统的相位裕度。由于超前网络的参数书根据满足系统截止频率要求选择的，因此相角裕度是否满足要求，必须验证。验算时，由已知a值由=arcsin求的a值，再由已知的wc算出

4、代校正系统在wc时的相角裕度（wc）。2.3报告正文第一步：由题意可知，开环传递函数在斜坡信号r(t)=2t作用下，要满足系统的稳态误差。根据稳态误差公式-11-=limsE(s)=lim可得到系统的稳态误差即，。题目给出的开环传递函数的二阶函数，故不能用劳斯判定法来进一步缩小K的取值范围。取K=100（rad）将其带入原来的开环传递函数得待校正系统开环传递函数为。第二步：上式代表最小系统，可通过MATLAB绘制出待校正系统的bode图和待校正系统的单位阶跃响应分别如下图1和图2。图1待校正系统的bode图-11-图2待校正系统的单位阶跃响应由图1和图2可知待校正系统的频域性能指标如下

5、：幅值稳定裕度Lh=+dB；穿越频率wx=+rad/s;相角稳定裕度r=8.09度；截止频率wc=14.1rad/s。第三步：假设wm=wc=25rad/s，由待校正系统的bode图查的L（wm）=-9.93dB,再根据公式-L（wm）=10lga,计算出a=9.8281，T==0.0127。因此，再根据超前网络传递函数公式a(s)=得9.8281(s)=为了补偿无源超前网络产生的增益衰减，放大器的增益需提高9.8281倍，否则不能保证稳态误差要求。超前网络参数确定后，已校正系统的开环传递函数为G（s）=(s)(s)=算出待校正系统的r（wc）=3.8°。-11-由最大超前角的计算公式

6、=arcsin可求得=55.4°，故已知系统的相角裕度r=+r（wc）=55.4°+3.8°=59.2°＞50°。再用MATLAB绘制出校正装置的bode图（图3）图3校正装置的bode图第四步：验证校正系统的相角裕度r是否满足要求。-11-图4校正后系统的bode图图5校正后系统的阶跃响应图由MATLAB绘制的校正后系统的bode图（图4）可知，相角裕度r”=59.2>50，此时相位裕量性能指标满足。-11-通过对前后系统的bode图（图6）的比较可知，当时，校正后的开环对数频率特性没有斜率超过／十低频的线段。因此，全部性能指标都满足。正前后系统的bode图如下：图6校正前后系统bo

7、de图（虚线——校正前；实线——校正后）3.设计总结在本次课程设计中，我不仅加深了对自动控制原理课程的理解，将理论应用到实际中去，而且我还学会了如何去培养我们的创新精神，从而不断地战胜自己、超越自己。创新，是我们学会将理论很好地联系实际，并不断地去开动自己的大脑，做自己所能及的，但别人没有想到的事。设计过程中，也好比是我们人类成长的过程，常有不如意的事，也许这就是在对我们提出挑战，勇敢地面对他，胜利的钟声也一定会为我们儿敲响。-11-通过本次设