自动控制原理实验三

1、贵州大学实验报告学院：电子信息学院 专业：电子信息工程 班级：电信111姓名学号实验组实验时间指导教师尉学军成绩实验项目名称自控系统的校正和计算机辅助设计实验目的1.巩固串联校正的原理2.灵活掌握利用MATLAB进行计算机辅助设计的方法。实验要求根据本实验的特点、要求和具体条件，采用教师简单讲解，学生自己动手操作的形式。实验原理1、 串联超前校正的原理和步骤： (1) 根据问题误差要求，确定开环增益。 (2) 利用已确定额度开环增益，计算未校正系统的相角裕度r。 (3) 计算校正后的wc,r，和 校正装置参数a. 如果对校正后系统的截止频率wc已提出要求，则可选定wc，在BODE图上查得未校正

2、系统的L(wc).取wm= wc,充分利用网络的相角超前的特性，则 L(wc)+1olga=0 （） 从而求出超前网络的a 如果对校正后系统的截止频率wc已提出要求，则可从给定的相角裕度出发，通过下式求得 m=r-r+（） 式中m为超前校正装置产生的最大超前角,为考虑r(wc<wc)所减的角度，一般在50-100 在利用已经求得的m求出a a=（） 在未校正系统BODE图上查得未校正系统的L(wc),充分利用网络的相角超前的特性，则 L(wc)+10lga=0 计算出校正后的截止频率wc(4 ) 确定校正装置的传递函数. 校正装置的两个转折频率w1和w2可由以下式确定：w1= w2=（）

3、 并以此写出校正装置应具有的传递函数 Gc(s)= （）2 串联滞后校正的原理和步骤(1) 根据问题误差要求，确定开环增益。 (2) 利用已确定的开环增益，画出校正系统的BODE图，计算未校正系统的相角裕度r和截止频率wc,h。 (3) 计算校正后的相角裕度r，选择已校正系统的wc 考虑到滞后网络在新的截止频率wc处会产生一定的相角滞后c(wc),因此下式成立： r=r(wc)+ c(wc) （）c(wc)在确定wc之前取-6于是根据上式可以求出相应的wc 。 (4) 根据下述关系式确定后滞后网络参数b和T L(wc)+10lgb=0 =0.1wc（） 如果T过大难以实现，则可将上式中的系数0

4、.1适当加大，例如在0.1-0.25范围内选去，而c(wc) 得估计值相应在-6- -14范围内确定。 (5) 校验校正后系统是否满足要求。 如果满足要求，校正工作结束；如果不满足要求，重新回到步骤（2），直到满足给定的指标要求为止。3 串联综合校正 综合校正方法是将性能指标转换为期望开环对数幅频特性，再与未校正系统的开环对数幅频特性比较，从而确定校正装置的型数和参数，使用于最小相位系统，期望对数幅频特性的求法如下： (1) 根据对系统型别及稳态误差要求，通过性能指标v和开环增益K，绘制系统的低频段。 (2) 根据对系统的响应速度和阻尼程度的要求，通过截止频率wc,相角裕度r和系统带宽H，中频

5、区特性上下交接频率w2 ，w3，绘制期望的中频段。所用到的公式如下： H<= Mr= W2<= WC>= Mr （3-8） (3) 绘制期望特性低、中频段的衔接频段，其斜率一般与前后段相差-20dB/dec, 否则对系统期望的特性有较大的影响。 (4) 根据对系统幅值裕度及抑制高频噪音的要求，绘制期望特性的高频段。通常，为使校正装置简单化，以便于实现，一般使期望特性的高频段与未校正系统的高频段斜率完全一致，或完全重合。 (5) 绘制期望特性的中，高频段之间的衔接段，其斜率一般为-40dB/dec (6) 根据绘制出来的期望特性bode图，求出校正后的系统传递函数，并利用 Gc

6、(s)=G(s)/G(s) 其中G(s)为校正后的开环传递函数 G(s)为校正前的开环传递函数 Gc(s)为校正装置的开环传递函数。 (7) 验证校正后的性能指标。 实验仪器安装MATLAB的计算机1台实验步骤1、 问题的描述 首先对将要仿真的对象进行认真的分析，了解对象特性，以便建立数学模型。2、 建立数学模型3、建立仿真模型4、编程5、调试程序6、实验结果分析实验内容利用MATLAB辅助设计一个控制器,在完成设计后,应进行时域或者频域分析进行验证.(按照学号排序,每5个人一组,组内可以讨论,但是要独立完成设计,程序不得抄袭.)1 已知一个单位负反馈系统的开环传递函数如下： G(s)=,试设

7、计一个串联补偿装置,系统性能要求:超调量%<=20%,在单位输入信号作用下稳态误差ess<=0.25rad/s.2已知一个单位负反馈系统的开环传递函数如下： G(S)= 试设计一个串联超前补偿装置,系统性能要求:相角裕度>=450,静态速度误差系数KV=1000s-1.3已知一个单位负反馈系统的开环传递函数如下： G(S)= 试设计一个串联超前补偿装置,系统性能要求:相角裕度>=350,静态加速度误差系数Ka=1000s-1.4 已知一个单位负反馈系统的开环传递函数如下： G(S)= 试设计一个串联滞后补偿装置,系统性能要求:相角裕度>=450,幅值裕度h<

8、=17dB,静态速度误差系数KV=40s-15 已知一个单位负反馈系统的开环传递函数如下： G(S)= 试设计一个串联滞后补偿装置,系统性能要求:相角裕度>=50o,在单位斜坡信号作用下的稳态误差ess<=0.005r/s6已知一个单位负反馈系统的开环传递函数如下： G(S)= 试采用串联综合校正设计方法,系统性能要求:kv=70s-1,ts<=1s, %<=40%7已知一个单位负反馈系统的开环传递函数如下： G(S)= ，试设计一个串联滞后补偿装置,系统性能要求:系统开环增益Kv5s-1, 阻尼系数=0.5,ts=2.5s8已知一个单位负反馈系统的开环传递函数如下： G(S)= ,试设计一个串联滞后补偿装置,系统性能要求:相角裕度>=40o,并保持原有增益。 9已知一个单位负反馈系统的开环传递函数如下： G(S)= ,试设计一个串联补偿装置,系统性能要求:在匀速输入