自动控制课程设计--连续定常系统的频率法超前校正

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1、自动控制原理课程设计报告自动控制原理课程设计评语：考勤（10分）守纪（10分）过程（30分）设计报告（30分）答辩（20分）总成绩（100分）专业：自动化班级：动2011级1班姓名：陈宝平学号：*********指导教师：***兰州交通大学自动化与电气工程学院2013年12月25日5自动控制原理课程设计报告连续定常系统的频率法超前校正1设计目的（1）了解串联校正环节对控制系统动态性能和稳态性能的影响；（2）掌握用相频特性和幅频特性分析控制系统动态性能的方法；（3）掌握串联超前校正装置的设计方法和参数调试方法；（4）掌握用仿真技术和

2、模拟实验验证校正环节理论设计的正确性的方法；（5）掌握设计给定系统超前校正环节的方法和技巧。2题目要求设一单位反馈控制系统的开环传递函数为：（1.1）试设计一串联超前校正装置，使校正后的系统性能具有以下的性能指标：系统的静态速度误差系数，剪切频率为，超调量。3设计过程和步骤（1）根据对静态速度误差系数的要求，确定系统的开环增益K：（2.1）得系统开环增益为：当时，未校正系统的开环频率特性为：（2.2）相频特性和幅频特性分别为：（2.3）（2.4）（2）绘制未校正系统的伯德图，在MATLAB命令窗口输入以下程序：num=19;den

3、=[0.0090.1910];[mag,phase,w]=bode(num,den);margin(mag,phase,w)5自动控制原理课程设计报告程序运行后,如图1.1所示：图1.1未校正系统的Bode图系统的增益裕度,相位裕度，相位交接频率，幅值交接频率。（3）根据校正后给定的剪切频率，令，代入相频特性式（2.3）得：（2.5）校正装置在处的幅值为：（2.6）解得：（2.7）（4）验证系统超调量：由式（2.7）得：（2.8）又得：（2.9）（2.10）故校正后系统的超调量为：5自动控制原理课程设计报告（2.11）所以校正后系

4、统符合性能要求。（5）计算超前校正网络的转折频率：由于，则，，所以求得的超前校正网络的传递函数为：（2.12）为了补偿因超前校正网络的引入而造成的系统开环增益的衰减，必须使附加放大器的放大倍数为。（6）校正后系统的开环传递函数为：（2.13）4校正结果及分析（1）绘制校正后的系统伯德图，在MATLAB命令窗口输入以下程序：num=[108.35679.04];den=[0.0090.5137.81135.8540];[mag,phase,w]=bode(num,den);margin(mag,phase,w)程序运行后，如图1.2

5、所示：图1.2校正后系统的Bode图5自动控制原理课程设计报告系统的增益裕度,相位裕度，相位交接频率，幅值交接频率。（2）校正结果分析：经过加入串联超前校正装置，校正后系统的上升时间减小很多，提升了系统的响应速度；校正后系统的超调量明显减少了，阻尼比增大，系统的动态性能得到明显的改善；系统的稳定性也得到了提高。5软件仿真实验结果及分析（1）用MATLAB的SIMULINK搭建系统模型，进行仿真实验。①　搭建系统校正前后的框图如图1.3所示。图1.3系统校正前后的框图②　系统校正前后的仿真单位阶跃响应如图1.4所示。图1.4系统校正

6、前后的阶跃响应5自动控制原理课程设计报告（2）实验结果分析：由图1.4可看出经校正后的系统调节时间大大减小，提升了系统的响应速度；校正后系统的超调量减少，所以使阻尼比增加，动态性能得到改善。6课程设计总结经过此次课程设计，我对自动控制系统的校正有了进一步的认识。为了保证控制系统具有良好的性能，满足给定技术指标的要求，则需要在系统中加入校正装置，使其能够更完美的发挥控制作用。用频率法校正控制系统，主要是改变频率特性形状，使之具有合适的高频、中频、低频特性和稳定裕度，以得到满意的闭环品质。串联超前校正装置具有超前相位和高通滤波器的特性

7、，它提供了微分控制功能可以改善系统的暂态性能，但却使系统的信噪比降低。利用MATLAB控制系统工具箱，能够方便，直观地分析和比较系统校正前后的效果。参考文献[1]滕青芳，范多旺，董海鹰，路小娟.自动控制原理.北京：人民邮电出版社，2008.[2]胡寿松.自动控制原理习题解析.北京：科学出版社，2007.5