自控原理课程设计范本.docVIP

《自动控制理论》课程设计 题 目：连续定常系统的频率法迟后校正 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 设计时间： 2009.06.22—2009.06.26 评语： 成绩 连续定常系统的频率法超前校正 一：目的 了解串联超前校正环节对系统稳定性及过渡过程的影响； 掌握用频率特性法分析自动控制系统动态特性的方法； 掌握串联超前校正装置的设计方法和参数调试技术； 掌握设计给定系统超前校正环节的方法，并用仿真技术验证校正环节理论设计的正确性； 掌握设计给定系统超前校正环节的方法，并模拟实验验证校正环节理论设计的正确性。 二：内容 题目：已知单位反馈控制系统的开环传递函数为： 设计超前校正装置，使校正后系统满足： 三.基于频率法的超前校正器理论设计 1.用频率法对系统进行串联超前校正的一般步骤： （1）根据稳态误差的要求，确定系统的开环增益K； （2）分局所确定的开环增益K，画出未校正系统的伯德图，并求出其相位裕量； （3）有给定的相位裕量值，计算超前校正装置应提供的相位超前量φ，即： 式中的ε是用于补偿因超前校正装置的引入，使系统的剪切频率增大而增加的相角迟后值。ε值通常是这样估计的：如果未校正系统的开环对数幅频特性在剪切频率处的斜率为-40db/dec，则取; （4）根据所确定的最大相位超前角φm，按下式算出相应的α值： （5）计算校正装置处的幅值10 lg1/α（参见图1-1）。由未校正系统的对数幅频特性图，求得其幅值为-10 lg1/α处的频率，该频率就是校正后系统的开环剪切频率，则=； （6）确定校正网络的转折频率和： （7）画出校正后系统的伯德图，并验算相位裕量是否满足要求？如果不满足，则需增大ε值，从步骤3开始重新进行计算。 超前校正装饰的传递函数为： 2.校正传递函数计算过程： （1）根据稳态误差的要求，确定系统的开环增益K 则解得 （2）由于开环增益,则未校正系统的伯德图如下： 未校正系统的伯德图 由图中可以看出相位裕量角为 （3）谐振峰值为， 给定系统的相位裕量值， 由于未校正系统的开环对数幅频特性在剪切频率处的斜率为，一般取，在这里取为10 超前校正装置应提供的相位超前量，即 是用于补偿因超前装置的引入，使系统的剪切频率增大而增加的相角迟后量。 （4）根据所确定的最大相位超前角，按下式计算相应的 （5）计算校正装置在处的幅值。由于校正系统的对数幅频特性图，求得其幅值为处的频率，该频率就是校正后系统的开环剪切频率，即 （6）确定校正网络的转折频率和； ， （7）画出校正后系统的伯德图，并验算相应的相位裕量是否满足要求？如果不满足，则改变值，从步骤（3）开始重新进行计算。 超前校正装置的传递函数为： 超前校正网络的伯德图为： 四．电路模拟实现原理 超前校正网络的伯德图为： 超前校正前系统的模拟原理图 超前校正前系统的模拟原理图 五．仿真实现 可以通过两种方式进行仿真：编制MATLAB-M文件或者在MATLAB/SIMULINK环境下搭建仿真模型进行仿真。要求： 1．将校正前后的阶跃响应曲线虎仔同一个坐标系下（以便校正结果的比较），并记录校正前后系统的时域指标。 2.将MATLAB结果与实验结果进行分析比较。 3.在同一坐标系下画出校正前后的Bode图（以便校正结果的比较），并记录校正前后系统的相角裕量和幅值裕量。 4.画出校正前装置的Bode图。 校正前的系统组态图： 校正前的系统仿真结果： Matlab仿真程序： 校正后的系统组态图： 校正后的系统仿真结果： Matlab仿真程序： 六．思考： (1)超前校正对改善系统性能有什么作用？什么情况下不宜采用超前校正？ 答：超前校正是通过其相位超前特性来改善系统的品质；超前校正增大了系统的相位裕量和截止频率（剪切频率），从而减小瞬态响应的超调量，提高其快速性；超前校正对提高稳态精度作用不大；超前校正适用于稳态精度已经满足