连续定常系统的频率法迟后-超前校正课程设计_精品.doc

自动控制原理课程设计 专 业： 自动化 班 级： 动1001 姓 名： 学 号： 指导教师： 兰州交通大学自动化与电气工程学院 2013 年 01月 11日 目录 一、目的 2 二、问题描述 2 2.1 题目要求 2 2.2 用频率法对系统进行串联迟后—超前校正的一般步骤 2 三、设计过程和步骤 3 3.1 确定开环增益K 3 3.2 画出未校正系统的伯德图 4 3.3 校正环节传递函数的计算 5 3.4 画出校正环节的伯德图 6 3.5 校正后系统的开环传递函数 6 3.6 画出校正后系统的伯德图 6 3.7 校正前后伯德图的比较 8 3.8 校正后系统的单位阶跃响应 9 四、软件仿真 9 4.1 Smulink下的仿真 9 4.2 Smulink仿真软件下的示波器输出 10 五、硬件实现 11 5.1 用EWB软件实现硬件电路设计 11 六、思考 12 七、总结 12 题目 连续定常系统的频率法迟后-超前校正 一、目的 （1）掌握用频率特性法分析自动控制系统动态特性的方法； （2）研究串联迟后-超前校正装置对系统的校正作用； （3）设计给定系统的迟后-超前校正环节，并用仿真技术验证校正环节的正确性。 （4）设计给定系统的迟后-超前校正环节，并模拟实验验证校正环节的正确性。 二、问题描述 2.1 题目要求 已知单位反馈控制系统的开环传递函数为： K=100 设计迟后—超前校正装置，使校正后系统满足： 2.2 用频率法对系统进行串联迟后—超前校正的一般步骤 （1）根据系统稳态精度要求，确定系统的开环增益，绘制未校正系统的的开环对数幅频特性。 （2）根据给定的设计指标，确定并绘制期望开环对数幅频特性。； （3）由期望的对数幅频特性减去未补偿系统的对数幅频特性，两者之差是串联校正装置的对数幅频特性，进而写出校正装置的传递函数表达式。 （4）验证校正后系统是否满足性能指标要求。 典型形式的期望对数幅频特性的求法如下： （1）根据对系统型别及开环增益K（或稳态误差）要求，绘制期望特性的低频段。 （2）根据对系统相角裕度、中频区宽度h、中频区特性上下限转折频率与要求绘制期望特性的中频段，使其通过剪切频率，并取中频区特性的斜率为，以确保具有足够的相角裕度。 （3）绘制期望特性低、中频段之间的衔接频段，其斜率一般与前、后频段相差，否则对期望特性的性能有较大影响。 （4）根据对系统增益裕量及抑制高频噪声的要求，绘制期望特性的高频段。通常，为使校正装置比较简单，以便于实现，一般使期望特性的高频段斜率与未校正系统的高频段斜率一致，或完全重合。 （5）绘制期望特性的中、高频段之间的衔接频段，其斜率一般取。 相位迟后-超前网络的传递函数为： 相位迟后-超前校正网络的伯德图如图1为： 图1 迟后-超前校正网络的Bode图 三、设计过程和步骤 3.1 确定开环增益K 根据给定静态误差系数的要求，确定开环增益K。 得K=100。 3.2 画出未校正系统的伯德图 在MATLAB中输入以下语句： Go=zpk([],[0 -2 -20],4000); bode(Go) margin(Go) 得到未校正系统的Bode图，如图2所示。 图2 未校正系统的Bode图 由上图可知，未校正系统的相角余度，剪切频率，幅值余度Gm=-12.3dB。 计算未校正系统的相角稳定裕量为： 表明未校正系统不稳定。 为设计串联校正装置，先确定系统的期望开环对数幅频特性。 首先按给定的要求选定期望特性的剪切频率为，然后过作一斜率为的直线作为期望特性的中频段。 为使校正后系统的开环增益不低于180，期望特性的低频段应与未校正系统特性一致。为此，需在期望特性的中频段与低频段之间用一斜率为-40dB/dec的直线作连接线。连接线与中频段特性相交的转折频率距不宜太近，否则难于保证系统相角裕度的要求。现按=的原则选取 ==0.7 为使校正装置不过与复杂，期望特性的高频段应与未校正系统特性一致。由于未校正系统高频段的斜率为-60dB/dec，故期望特性中频段与高频段之间也应有斜率为-40dB/dec的线作为连接线。此连接线与中频段期望特性相交之转折频率距也不宜过近，否则也影响系统的相角稳定裕度。考虑到未校正系统有一个转折频率为20的惯性环节，为使校正装置尽可能易于实现，将选为20。 3.3 校正环节传递函数的计算 校正环节的传递函数为： 式中：==1.43s，==0.5s。 现需确定值，由于期望特性的剪切频率为，则期望特性在=0.7时的增益将为 而未校正系统在=0.7