自控原理课程设计报告--三阶系统校正

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1、课程实习报告课程名称：自动控制原理及专业软件应用课程实习题目名称：三阶系统校正年级专业及班级：姓名：学号：指导教师：评定成绩：教师评语：指导老师签名：年月日29目录摘要3一、课程实习任务和要求4二、未校正系统的分析5（一）未校正系统零极点图5（二）未校正系统根轨迹分析5（三）未校正系统时域分析8（四）未校正系统频域分析9三、校正系统的设计11（一）理论分析11（二）理论计算13四、校正后系统性能分析15（一）频域分析15（二）时域分析16五、电路设计18（一）典型环节电路图18（二）校正后系统电路设计27小结2829摘要所谓校正，就是在系统不可变部分的基础

2、上，加入适当的校正元部件，使系统满足给定的性能指标。主要有两大类校正方法：分析法与综合法。分析法把校正装置归结为易于实现的超前校正、滞后校正、超前—滞后校正等几种类型，它们的结构是已知的，而参数可调。通过校正方法确定这些校正装置的参数。综合法又称为期望特性法。它的基本思路是按照设计任务所要求的性能指标，构造期望的数学模型，然后选择校正装置的数学模型，使系统校正后的数学模型等于期望的数学模型。本次课程设计，要求我在掌握自动控制理论基本原理，一般电学系统自动控制方法的基础上，用MATLAB实现系统的仿真与调试。在课程实习中，先对待校正装置进行时域分析和频域分析

3、，在算出原装置的参数，与系统要求对比之后决定使用串联滞后校正。计算出串联滞后校正参数，将参数带入待校正的系统。校正后的系统经过校验满足了系统要求。再Simulink对系统进行了仿真，之后画出了校正系统的电路图。关键字：串联校正串联滞后时域分析频域分析29一、课程实习任务和要求（一）初始条件：设一系统的开环传递函数为：，试设计串联校正网络。性能指标要求：（1）系统稳态速度误差系数=5s-1;（2）相角裕度³400。（二）课程实习要求：1．未校正系统的分析：（1）利用MATLAB绘制未校正系统的开环和闭环零极点图（2）绘制根轨迹，分析未校正系统随着根轨迹增益变

4、化的性能（如：稳定性、快速性等）。（3）绘制单位阶跃输入下的系统响应，分析系统单位阶跃响应的性能。（4）绘制系统开环传函的bode图，利用频域分析方法分析系统的频域性能指标（如：相角裕度和幅值裕度等）。2.绘制频域分析方法，根据题目要求选择校正方案，要求有理论分析和计算，并与Matlab仿真结果进行比较。3.选定合适的校正方案（如：串联滞后/串联超前/串联滞后-超前等），理论分析并计算校正环节的参数，并确定何种装置实现。4.绘制已校正系统的bode图，与未校正系统的bode图比较，判断校正装置是否符合性能指标要求，分析出现误差的原因。5.绘制系统的阶跃响应

5、曲线，分析校正装置的效果。6.设计模拟电路。29二、未校正系统的分析（一）未校正系统零极点图1、MATLAB绘图：（1）指令：>>n=[1];>>d=conv(conv([10],[11]),[0.51]);>>sys=tf(n,d);>>pzmap(sys)（2）零极点图：图2.1未校正系统的零极点图由图2.1分析可知，系统没有零点，开环极点为：p1=0,p2=-1,p3=-2（二）未校正系统根轨迹分析1、MATLAB绘图：（1）指令：>>n=[5];>>d=conv(conv([10],[11]),[0.51]);29>>sys=tf(n,d);>>r

6、locus(sys)（2）根轨迹图：图2.2未校正系统的根轨迹图2.分析:(1)实轴上的根轨迹：[﹣∞,-2]和[-1,0](2)渐近线：ja=60°,180°或-60°（3）交点：sa=-1(4)分离点：d=-0.438(5)随着系统根轨迹增益变化的系统动态性能分析：a.稳定性：由系统开环传递函数克制闭环系统的特征方程为：D（s）=s(s+1)(s+2)+k*=s3+3s2+2s+k*=0令s=jw,将其代入上式得：（jw）3+3(jw)2+2(jw)+k*=0即2w-w3=0K*-3w2=029由于w≠0,故可解得：w=0.707K*=6则当根轨迹增益

7、K*<6时，闭环系统稳定:K*=1时的单位阶跃曲线K*=3时的单位阶跃曲线K*=4时的单位阶跃曲线K*=5时的单位阶跃曲线K*=6时的单位阶跃曲线K*=7时的单位阶跃曲线由上分析可知，随着根轨迹K*变大，系统稳定性下降。29b.快速性：显然在保证系统稳定的前提下，随着根轨迹增益的变大，系统响应速度也增大。（三）未校正系统时域分析1.确定开环增益K：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，相角裕度。可知系统的稳态速度误差系数：故当根轨迹增益K*=10时，此系统的开环传递函数是：2.MATLAB绘图（1）指令：>>n=[5];>>d=c

8、onv(conv([10],[11]),[0.51]);>>sys