基于频率分析法的串联滞后超前校正.doc

二一二一一学年第 一 学期信息科学与工程学院课程设计报告书课程名称： 自动控制原理课程设计 班 级： 自动化 0806 学 号： 200804134179 姓 名： 徐 曙 指导教师： 章 政 二一 年 十二 月l 一、题目3：已知单位负反馈系统的开环传递函数为：用用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计。任务：用用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计，使系统满足如下动态及静态性指标：（1）在单位斜坡信号作用下，系统的速度误差系数；时，谐波输入的稳态误差；（2）系统校正后，相位裕量：；在幅值穿越频率之前不允许有；（3）对的扰动信号，输出衰减到l 二、校正前的系统特性根据稳态误差系数的要求 得原系统开环传递函数为频率特性为：图1. 时域阶跃响应图2 校正前系统的伯德图 ，说明该系统处于临界稳定状态，且要进行串联校正的的时，谐波输入的稳态误差，即要满足，即，对于高频的扰动信号，要使其输出衰减到，即 ， 而当时，满足要求。l 三、串联校正的设计思路首先考虑串联滞后校正，即在保持系统开环放大系数不变的情况下，减小剪切频率，从而增加了相角裕度，提高了系统相对稳定性。串联滞后校正主要用来校正开环频率的低频区特性，如果对此系统进行串联滞后校正的话，可以让系统的相位裕度达到以上，但不是将中频的变成了就是让滞后的网络时间常数变得很大，至少不满足幅值穿越频率之前不能出现这一条件。显然达不到理想的效果。串联超前校正主要是利用超前网络的相角引前特性来提高系统的相角裕量或相对稳定性，超前校正主要用于改变中频区特性的形状和参数，对此系统，可以利用超前校正让它的相位裕度达到以上，由于，而新的截止频率会比较大，虽然可以提高系统的暂态特性，但是中频段一抬高，就难以保证信号的衰减倍数了。经尝试，用一级超前校正，校正后的系统对的扰动信号，输出衰减根本达不到，而且由于比较大，也导致相位裕量难以提高到，由于系统对开环增益的要求比较严格，所以一级超前校正难以实现。如果用两级超前校正的话，仍达不到理想的效果。综上，对于该系统最好的串联校正方法就是串联滞后-超前校正，既能提高系统的稳定性，提高系统的稳态误差，又能保证高频信号可以很好地排除外界干扰，又可以实现幅值穿越频率之前不允许有，让穿过的幅频特性斜率为l 四、校正装置传递函数的参数的求解4图3 一般滞后-超前校正装置的伯德图先确定网络超前部分的交接频率，由原系统的伯德图可知，当时，斜率从变为，故。由于不能太大也不能太小，不妨取，可以求得由，解得可以得到校正后系统，可计算得，在幅值穿越频率之前不允许有，则，校正装置的得到校正后系统经检验：时，谐波输入的稳态误差而当时，仍有满足要求。校正后系统的框图如下：-1l 五、校正后伯德图图4 校正装置的伯德图图5校正后系统的伯德图图6 校正后系统的时域阶跃响应图7 校正装置的实现l 六、相关代码syms ti a solve(pi/2+atan(ti*15)-atan(0.01*15)-atan(5.5*ti*15)-atan(0.1*15/5.5)-48*pi/180) a=double(ti) %wa的求解k0=100;d1=conv(conv(1,0,0.1,1),0.01,1);disp(待校正的系统传递函数为：)G0=tf(k0,d1)figure(1),gridmargin(G0);hold onfigure(2)response_original=feedback(G0,1);step(response_original)n1=16,100d1=conv(conv(conv(1,0,0.01,1),0.88,1),0.0182,1);disp(校正后的系统传递函数为)G0=tf(n1,d1)figure(1);grid margin(G0);hold onfigure(2);grid onresponse_original=feedback(G0,1);step(response_original)w=2*pi*60;G=100*(sqrt(1+w