自控原理課程设计.docVIP

题目 连续定常系统的频率法迟后校正 1.目的 掌握用频率特性法分析自动控制系统动态特性的方法； 研究串联迟后校正装置对系统的校正作用； 设计给定系统的迟后校正环节，并用仿真验证校正环节的正确性。 设计给定系统的迟后校正环节，并实验验证校正环节的正确性。 2．内容 已知单位反馈控制系统的开环传递函数为： 设计迟后校正装置，使校正后系统满足： 3．基于频率法的迟后校正器理论设计 用频率法对系统进行迟后校正的一般步骤为： （1）根据给定静态误差系数的要求，确定系统的开环增益； 增益调整后系统的开环频率特性为 （2)根据确定的值，画出未校正系统的伯德图，并求出相应的相位裕量和增益裕量。 在MATLAB中输入下面程序，画出未校正系统的伯德图。 Go=zpk([],[0 -10 -100],100000); bode(Go) hold on margin(Go) 图1 未校正系统的伯德图 此时未较正系统的第一个转折频率处的幅值 ，所以有 ，得=26.53rad/s。 因为，由公式， 解得。 (3).由于不满足相位裕量的要求，则在对数相频特性曲线上找这样一个频率点，要求在该频率处的开环频率特性的相角为。 此时对应的 化简得 ，求得=6.12rad/s。 由于﹥5，满足设计的要求，所以以这一频率作为校正后系统的剪切频率，即=。 (4).设未校正系统在处的幅值等于 。 由此得，则。 (5).选择迟后校正网络的转折频率 , 则迟后校正网络的传递函数 图2 迟后网络的伯德图 （6）.此时校正后系统的开环传递函数为： = 在MATLAB中输入下面程序，画出校正后系统的伯德图。 mun=[82 100]; den=[0.0116 1.277 11.71 1 0]; [mag,phase,w]=bode(num,den); margin(mag,phase,w) grid 图3 校正后系统的伯德图 由图3可知，校正后系统的剪切频率为7.04rad/dec，相角裕量为44.7deg，此时，系统的超调量为37%，满足要求。 在Matlab中输入以下命令： Go=zpk([],[0 -10 -100],100000); bode(Go) hold on mun=[82 100]; den=[0.0116 1.277 11.71 1 0]; [mag,phase,w]=bode(num,den); margin(mag,phase,w) 得到如图4所示，校正前后系统伯德图的比较。 图4校正前后系统伯德图的比较。 4.仿真实现 如图所示是未校正的系统、校正一次以及校正两次后的系统在MATLAB/SIMULINK环境下搭建的仿真模型。 得到如图所示，校正前后系统伯德图的比较。 未校正的系统、校正一次以及校正两次后的系统在Matlab上使用Smulink进行仿真在示波器里的输出结果如图所示。 5、硬件物理实验电路 根据题目的要求在自动化系的控制理论实验箱搭建校正前后的系统模拟电路，则原系统的模拟原理图见参图2，校正后系统的模拟电路图参见图3。 图2 迟后校正前系统的模拟原理图 图3 迟后校正后系统的模拟原理图 6、思考 1.迟后校正对改善系统性能有什么作用？ 解答：迟后校正的目的是在系统态性能不受损的前提下，改善系统的态性能加入校正环节，利用频率法对系统进行超前校正的基本原理，是利用超前校正网络的相位超前特性来增大系统的相位裕量，以达到改善系统瞬态响应的目点。为此，要求校正网络最大的相位超前角出现在系统的截止频率（剪切频率）处。 参考文献 [1] 滕青芳，范多旺，董海鹰，路小娟.自动控制原理[M].北京：人民邮电出版社.2008. [2] 胡寿松.自动控制原理[M].北京：科学出版社.2001． [3] 刘明俊.自动控制原理[M].长沙：国防科技大学出版社.2000． - 8 - [键入文字]