兰州交通大学自控超前校正课设1.doc

自动控制原理课程设计报告 PAGE 9 自动控制原理课程设计 指导教师评语 平时（20） 平时（20） 报告（40）（30）总成绩 报告（40）（30） 总成绩 设计（40） 专 业： 自动化 班 级： 动1001 姓 名： 尚金佐 学 号： 201008439 指导教师： 苟军年 兰州交通大学自动化与电气工程学院 2013 年 01月 11日 连续定常系统的频率法超前校正 一.设计目的 1.了解串联超前校正环节对系统稳定性及过渡过程的影响； 2.掌握用频率特性法分析自动控制系统动态特性的方法； 3.掌握串联超前校正装置的设计方法和参数调试技术； 4.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； 5.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.设计内容 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 用频率法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，以达到改善系统暂态响应的目的。为此，要求校正网络最大的相位超前角出现在校正后系统的剪切频率处。 1.根据对静态速度误差系数的要求，确定系统的开环增益K。 所以得出： 2.绘制未校正系统的伯德图，如图1所示。由该图可见，未校正系统的剪切频率为25.1rad/sec，图2为校正后系统的伯德图。 3.根据所确定的开环增益，画出未校正系统的伯德图，由未校正系统的伯德图，并求出其相位裕量。 由相位裕量值，得到超前校正装置应提供的相位超前量，即 5.根据所确定的最大相位超前角，按下式算出相应的值。 6.计算校正装置在处的幅值。由未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。 7.计算超前校正装置的转折频率。 ， 于是可以求得超前校正装置的传递函数为： 为了补偿超前校正网络的引入而造成系统开环增益的衰减，必须使附加放大器的放大倍数为： 8.校正后系统的开环传递函数为： 9.验证。 由图2可见，校正后系统的相位裕量。可得此高阶系统的谐振峰值为： 超调量为： 满足题目要求，故此校正方案是可行的。 校正前系统的源程序如下： Go=zpk([],[0 -10 -100],70000); bode(Go) hold on margin(Go) 校正前系统的伯德图如图1所示。 图1 校正前系统伯德图 校正后系统的源程序如下： Go=zpk([],[0 -10 -100],70000); bode(Go) Gc=tf([0.077 1],[0.0058 1]); G=Go*Gc; bode(G) margin(G) 校正后系统的伯德图如图2所示： 图 2 校正后系统伯德图 校正前后系统的源程序如下： Go=zpk([],[0 -10 -100],70000); bode(Go) hold on margin(Go) Gc=tf([0.077 1],[0.0058 1]); G=Go*Gc; bode(G) hold on margin(G) 校正前后系统的伯德图如图3所示： 图 3 校正前后系统伯德图 校正装置系统的源程序如下： Gc=tf([0.077 1],[0.0058 1]); bode(Gc) hold on margin(Gc) 校正装置的伯德图如图4所示: 图4 校正环节的伯德图 四、仿真实现 校正前系统的simulink框图如图5所示: 图5 校正前系统的simulink框图 校正后系统的simulink框图如图6所示： 图 6 校正后系统的simulink框图 校正前simulink的仿真曲线如图7所示： 图 7 校正前simulink的仿真曲线 校正后simulink的仿真曲线如图8所示： 图 8 校正后simulink的仿真曲线 五．思考题 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剪切频率，减小瞬态响应的超调量，提高响