自控课程设计_超前校正.doc

兰州交通大学课程设计（论文） 自动控制原理课程设计班级： 自动化092 姓名： 学号： 200908534 指导教师： 设计时间： 2012.01.022012.01.06 评语：成绩 目 录一、设计目的2二、设计内容2三、基于频率法的超前校正器理论设计2四、电路模拟实现原理6五、思考题8六、心得体会9七、参考文献9 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1.1中Go所示。由该图可见，未校正系统的剪切频率为30rad/sec。3.为使校正后系统的剪切频率，故取。通过解三角形的方法可以求得原系统在剪切频率时所对应的模值为4.超前校正装置在处所对应的幅值为：由此可得：5.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：6.校正后系统的开环传递函数为： 对应的伯德图如图1.1中G所示。7. 验证。由图1.1可见，校正后系统的相位裕量=40.5deg。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。校正前后系统的源程序如下： Go=zpk(,0 -10 -100,100000); bode(Go) margin(Go) hold on margin(Gc) G=zpk(-15.8,0 -10 -100 -205,1298701); bode(G) margin(G)校正装置系统的源程序如下： Gc=zpk(-15.8,-205,1); bode(Gc)校正前后系统的伯德图如图1.1所示。 图1.1 超前校正前后的伯德图校正装置的伯德图如图1.2所示。图1.2 校正装置的伯德图校正前后系统的simulink框图如图1.3所示。图1.3 校正前后系统的simulink框图校正前后simulink的仿真曲线曲线如图1.4所示。图1.4 校正前后simulink的仿真曲线曲线在matlab命令窗口输入如下程序： sys1=feedback(Go,1); sys2=feedback(G,1); step(sys1,sys2) 可得到单位单位阶跃响应曲线如图1.5所示。图1.5 校正前后系统的单位阶跃响应曲线4、 电路模拟实现原理 超前校正前系统的模拟原理图如图1.6所示。 图1.6 校正前系统的模拟原理图校正前系统模拟曲线如图1.7所示。图1.7 校正前系统模拟曲线超前校正后系统的模拟原理图如图1.8所示。 图1.6 超前校正前后系统的模拟原理图校正后系统的模拟原理曲线如图1.9所示。图1.9 校正后系统的模拟原理曲线五、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，提高响应的快速性；超前校正适用于稳态精度已经满足、但瞬态性能不满足要求的系统。在有些情况下，串联超前校正的应用受到限制。例如，当未校正系统的相角在所需剪切频率附近向负相角方面急剧减小时，采用串联校正环节效果不大；或者，当需要超前相角的数量很大时，超前校正的网络的系数值需选择很小，从而使系统的带宽过大，高频噪声能顺利通过系统。因此，这两种情况不宜采用串联超前校正。2. 有没有其他形式的校正方案？ 答：还有其他校正装置的连接方式：(1)基于根轨迹法的超前校正方法，(2)基于根轨迹法的超前滞后校正，(3)基于频率响应法的迟后校正，(4)根轨迹法的迟后超前校正，(5)频率响应法的迟后超前校正。 3.分析校正前后系统的阶跃响应曲线和Bode图，说明校正装置对改善系统性能的作用。 答：增加开环频率特性在剪切频率附近的正相角，从而提高了系统的相角裕度；减小对数幅频特性在幅值穿越频率上的负斜率，从而提高了系统的稳定性；提高了系统的频带宽度，从而提高了系统的响应速度； 不影响系统的稳态性能。 4.超前校正的原理是什么？ 答：超前校正的原理是使校正后系统的剪切频率处所对应的原系统与校正装置的幅值叠加和为零，即使，同时使。六、心得体会通过本次自动控制理论课程设计，我收获颇丰。就单纯的来说，我对自动控制加深了理解，更进一步掌握了控制理论的控制方法。我本次做的是基于连续定常系统的频率响应法，我更深入的理解超前校正的原理、注意事项、使用条件及超前校正对系统性能的影响。这次课程设计我感觉对我影响最大的是我学会了好多电脑方面的知识，比如如何在matlab中画伯德图、单位阶跃响应曲线、如何用simulink来仿真等等，这一切如果不是本次课程设计我恐怕永远也不会这些内容了。还有我掌握了如何画流程图，老师给我们的要求相当多，相当费事，但是我们可以从中学到好多东西，这对我们将来工作是很有帮助的，因为office是将来工作中每天必不可少的东西，就如同每天都要吃饭似的。因此，我们对老师的严要求是完全可以理解的，当我们将来在回忆起现在的所作肯定会感恩老师的，俗话说得好“严师出高徒”，一点不假。经过本次设计，我发现干什么事都要认真，踏踏实实地干，一点都马虎不得，在工