自动控制原理课程设计.doc

二一五二一六学年第 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1301 学 号： 201304134040 姓 名： 李越 指导教师： 吴怀宇 二一五 年 十二 月一、题目、任务及要求 题目：已知单位反馈I型系统原有部分的开环传递函数为：，用Bode图设计方法对系统进行超前串联校正设计。任务：用Bode图设计方法对系统进行超前串联校正设计，使系统满足动态及静态性指标。如：（1）在单位斜坡信号作用下，系统的速度误差系数；（2）系统校正后，相位欲度； （3）系统校正后，增益裕量 10dB。二、设计思路相位超前校正装置可以用如图所示的网络实现，它是由无源阻容元件组成的，设网络输入信号源的内阻为零，输出端的负载阻抗为无穷大，则此相位超前校正装置的传递函数为 式中 相位超前RC网络式中表明，在采用无源相位超前校正装置时，系统的开环增益要下降，因为。由于，所以校正网络正弦输出信号的相位超前于输入信号，或者说具有正的相角特性，它反映了输出信号包含有输入对时间的微分量。在选择的数值时，需要考虑的是系统高频噪声。超前校正网络是一个高通滤波器，而噪声的一个重要特点是其频率要高于控制信号的频率，值过小对抑制系统的噪声不利。为保证较高的系统信噪比，实际中一般选用的不小于0.07。超前校正的基本原理是利用超前校正网络的相角超前特性去增大系统的相角裕度，以改善系统的暂态响应。因此，在设计校正装置时，应使最大的超前相位角可能出现在校正后系统的剪切频率处。三、详细设计过程（1）系统校正前各项参数开环幅频特性：开环相频特性：由剪切频率的性质可得即可算得=2.47由于那么当w为无穷大时，相角才可能为180所以没有相角穿越频率。同样没有增益裕量相位裕度 为180+51运行图如下由MATLAB求得幅值穿越频率为1.5723相位裕度为51.82度（1） 系统校正分析（2） 首先对串联校正三种方式进行说明超前校正是利用超前矫正网络的相角超前特性去增大系统的相角裕度以改善系统的暂态响应，在设校正装置时，应该使最大超前相位角尽可能出现在校正后系统的剪切频率处。滞后校正的作用是1，提高系统低频响应的增益，减小系统的稳态误差，同时基本保持系统的暂态性能不变 2，滞后校正装置的低通滤波器的特性将是高频响应的增益衰减，降低系统的剪切频率，提高系统的相角稳定裕度，以改善一同的稳定性和某些暂态性能滞后超前校正既可以有效的提高阻尼程度和响应速度，有可大幅度的增加其开环增益，从而双双提高控制系统的动态和稳态控制质量由题目要求可知没有增益裕度，所以应该采用相位超前校正，相位校正装置的一般公式为所以传递函数为已知（1）其中K=Kt*2,v=1 求得Kt大于等于10所以kt取12更改参数系数后可得相角裕度为16.45度（2）为给定的相角裕度即50而为（15-20）是考虑校正系统影响剪切频率而留出的裕度令超前校正装置的最大超前角为，并按下式计算网络的系数值（3） 将校正网络在处增益定为 同时确定未校正系统bode曲线上增益为处的频率，即为校正后系统的剪切频率wc2=wm=11.4（4） 确定超前校正装置的交接频率 W1=4.14 W2=31.37为补偿超前校正网络衰减的开环增益，放大被数需要再提高倍经过校正后，系统开环传递函数为 = 串联的超前校正装置串联超前装置的bode图串联结构校正图为R(s) C(s)校正后的bode图为 其中gm为增益裕度，pm为相位裕度，wep为相位穿越频率,weg为幅值穿越频率，MATBALE编程图四，总结 从本次实验收获了一些关于控制系统的校正和设计方面的内容，不仅温习了Matlab编程方法，对自动控制理论中的一些结论也有了更深的体会。对于我校正的这个系统，它的相位裕度满足要求，但是他的速度误差系数不满足要求，经过方案的讨论后，单独的超前就能满足要求，此次的课程设计主要是考察用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计，通过课程设计，使我进一步明白了超前校正的作用。对于超前校正系统，可以增加开环频率特性在剪切频率附近的正相角,可提高系统的相角裕度;减小对数幅频特性在幅值穿越频率上的负斜率, 提高系统的稳定性;提高了系统的频带宽度,可提高系统的响应速度。通过本次课程设计，巩固了对课本知