实验四控制系统的校正(设计性实验).doc

实验四 控制系统的校正 （设计性实验）1实验目的：1 理解超前、滞后校正环节的作用；2 熟悉利用MATLAB软件实现频域法校正的方法；3 利用频域法设计典型超前、滞后校正环节。2实验原理：校正装置的特点和作用 (1) 超前校正 传递函数 最大超前角 最大超前角对应的频率 特点和作用a.超前校正是通过其相位超前特性来改善系统的品质；b.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；c.超前校正对提高稳态精度作用不大；d.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。(2) 滞后校正 传递函数 特点和作用a.滯后校正是通过其低频积分特性来改善系统的品质；b.滯后校正是通过降低系统的截止频率（剪切频率）来增大相位裕量，因此，它虽然可以减小瞬态响应的超调量，但却降低了系统的快速性；c.滯后校正可以改善系统的稳态精度；d.滯后校正适用于瞬态性能指标已经满足、但需提高稳态精度的系统。串联校正装置的设计方法并没有一成不变的格式，设计者往往需要经过反复循环的过程才能得到最佳方案，其解不是唯一的。3. 预习*要求：将下述实验设计实例实验前自行上机调试、计算，实验时按下述方法完成5中两个设计题目要求的内容，实验报告也要写这部分内容，并进行分析，给出结论。 例1：一单位反馈系统的开环传递函数为（教材p237）试用频率特性法设计一个超前校正环节，使得，截止频率,相位裕量，幅值裕量。* 实验步骤：（1）按规定的稳态误差系数确定放大系数，此题。（2）画出未校正系统的伯德图并求出其增益裕量和相位裕量。 （3）MATLAB程序：num=10; den=1 1 0; bode(num,den); margin(num,den); 可得如下图： 4-1 的波特图 读出未校正系统的增益裕量（Gm）、相位裕量（Pm）、剪切频率。（4）在新的增益穿越频率处，点击并拖动读出原系统的幅值： 算出a，由 验算 的性能指标。 例2：一单位反馈系统的开环传递函数为试用频率特性法设计一个滞后校正环节，使得，截止频率,相位裕量，幅值裕量。* 实验步骤：求穿越频率：（1）按规定的稳态误差系数确定放大系数，此题。（2）画出未校正系统的伯德图并求出其增益裕量和相位裕量 未校正系统的传递函数为：试用频率特性法设计一个滞后校正环节，使得,相位裕量为40，截止频率不低于0.4。 在MATLAB COMMAND WINDOWS窗口中绘制BODE图：（3）寻找一新的幅值穿越，在处的相角应等于-180加上所要求的相位裕量，再加-6（补偿滞后校正环节造成的相位滞后）。 （4）程序：num=5; c=conv(1 1 0,0.5 1); den=c;bode(num,den); margin(num,den);可得如下图：4-1 函数G(s)的BODE图读出系统的增益裕量（Gm）、相位裕量（Pm）、剪切频率、。（6）求新的增益穿越频率： 位置确定：要求的相位：40 +6=46，令=-(180 -46），在曲线上用鼠标点击后拖动找出-134 的点，记录对应的频率，即为=_rad/s. （7）在幅频特性上处读取幅频。令。由 ， 滞后校正环节的第一转角频率=_，第二转角频率=_。* 第二种方法：在MATLAB COMMAND WINDOWS窗口键入如下命令：mar,pha,w=bode(num,den)可得出不同的w值对应的相角（PHA）和（MAR）mar =，pha =，w =。 找出近似满足PHA=134时对应的值，即为，再用Workspace窗口双击对应的变量，找出对应序号下的幅频和角频率。记录，其余同上。4校验校正后新系统的性能指标：（将Gc(s)与Gc(s)串联） （1）校验：新系统 , 绘制MATLAB波特图，用上述方法验算新系统的相角、增益裕量等是否满足要求。 （2）分析总结设计过程，给出结论。5. 设计题目（1）一单位反馈系统的开环传递函数为试用频率特性法设计一个超前校正环节，使得,相位裕量为45，截止频率不低于。（2）一单位反馈系统的开环传递函数为试用频率特性法设计一个滞后校正环节，使得,相位裕量为40，截止频率不低于。6实验报告要求（1）对于频率特性，给出如下内容： 绘制设计题目（1）、（2）中