自动控制原理课程设计--串联超前滞后装置的设计与校正

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1、课题：串联超前滞后装置的设计与校正15前  言 科学技术的发展使的各种系统的建模与仿真变得日益复杂起来。如何快速有效的构建系统并进行系统仿真，已经成为各领域学者急需解决的核心问题。特别是近几十年来随着计算机技术的迅猛发展，数字仿真技术在各个领域都得到了广泛的应用与发展。而MATLAB作为当前国际控制界最流行的面向工程和科学计算的高级语言，能够设计出功能强大、界面优美、稳定可靠的高质量程序，而且编程效率和计算效率极高。MATLAB环境下的Simulink是当前众多仿真软件中功能最强大、最优秀、最容易使用的一个系统建模、仿真和分析的动态仿真环境集成

2、工具箱，并且在各个领域都得到了广泛的应用。本次任务主要是对控制系统分析及校正设计，运用自动控制理论中的分析方法，利用MATLAB对未校正的系统进行时域、根轨迹和频域的分析，并根据自动控制理论中的校正方法，对系统进行校正，直到校正后系统满足设计目标为止。我组课程设计题目双容水位控制系统的开环传递函数为Gk(s)=4/s(s+2)，设计一个校正装置，使校正后的系统满足指标：闭环系统主导极点满足ωn＝4rad/s和ξ＝0.5。15目录一．设计目的······································二．设计要求·········

3、·····························三．实现过程·······································四．总结···········································五．附录··········································六．参考文献·····································15一、设计目的（三号宋体，加粗）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、截止频率、穿越频率

4、以及幅值裕度的求取方法。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。4.提高控制系统设计和分析能力。（小四号宋体）二、设计要求（三号宋体，加粗）（一）总要求151．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

5、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。3．控制系统的根轨迹分析，主要包括多回路系统的根轨迹、零度根轨迹、纯迟延系统根轨迹和控制系统的根轨迹分析。4．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。5．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。（二）具体要求1、手动画出未校正系统的根轨迹图，分析闭环系统是否稳定。2、手动画出未校正系统的Bode图，分析系统是否稳定。3、设计系统的串联校正装置，要求校正后的系统满足指标：

6、闭环系统主导极点满足ωn＝4rad/s和ξ＝0.5。4、给出校正装置的传递函数。5、用MATLAB分别画出校正前，校正后和校正装置的幅频特性图。计算校正后系统的截止频率ωc、相位裕量γ、穿越频率ωx和幅值裕量h。6、用MATLAB分别画出系统校正前、后开环系统的奈奎斯特图，并进行分析。7、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响。（小四号宋体）三、实现过程（三号宋体，加粗）3.1系统概述（小三号宋体）3.1.1设计原理所谓校正，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变化，从而满足给定的各项性能指标。系统校正的

7、常用方法是附加校正装置。按校正装置在系统的位置不同，系统校正分为串联校正15、反馈校正和复合校正。按校正装置的特性不同，有可分为PID校正、超前校正、滞后校正和滞后－超前校正。串联超前校正是利用超前网络或PD控制器进行校正的基本原理，是利用超前网络或PD控制器的相角超前特性实现的，是开环截至频率增大，从而闭环系统宽带也增大，是响应速度加快。在有些情况下采用超前校正也是无效的，它受两个因素的限制：1）闭环宽带要求。若校正系统不稳定，为了得到规定的相角裕度，需要超前网络提供很大的相角超前量。这样超前网络的a值必须选的很大，从而造成已校正系统宽带过大

8、，使得通过系统的高频噪声电平很高，有可能是系统失控。2）在截至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。因为随着截至频率的增大，待校