控制理论课程设计

1、精选优质文档-倾情为你奉上文华学院控制理论课程设计 姓名： 周瀚章 学号： 2 班级： 自动化二班 指导教师： 朱琳琳 张晓丹 一、设计题目线性控制系统的设计与校正二、串联校正设计原理图2-1为一加串联校正后系统的方框图。图中校正装置Gc(S)是与被控对象Go(S)串联连接。图2-1 加串联校正后系统的方框图串联校正有以下三种形式： 1) 超前校正，这种校正是利用超前校正装置的相位超前特性来改善系统的动态性能。2) 滞后校正，这种校正是利用滞后校正装置的高频幅值衰减特性，使系统在满足稳态性能的前提下又能满足其动态性能的要求。3) 滞后超前校正，由于这种校正既有超前校正的特点，又有滞后校正的优点

2、。因而它适用系统需要同时改善稳态和动态性能的场合。校正装置有无源和有源二种。基于后者与被控对象相连接时，不存在着负载效应，故得到广泛地应用。两种常用的校正方法：零极点对消法（时域法；采用超前校正）和期望特性校正法（采用滞后校正）。三、设计任务和要求（一）在MATLAB仿真软件上完成系统的 频域法串联校正题目3： 已知单位负反馈控制系统的开环传递函数为：，设计串联校正装置，使校正后系统满足：（1） 画出未校正系统的根轨迹图，分析系统稳定时参数K的取值范围。特征方程为s(s+1+)(s+2)+k=0由特征方程列劳次表 1 2 3 k 2- k若系统稳定，则劳次表的第一列系数大于0，求得6>k

3、>0Mablat程序如下：（2） k=10;（3） z=;（4） p=0,-1,-2;（5） num,den=zp2tf(z,p,k);（6） rlocus(num,den)未校正系统的根轨迹图（2） 画出校正前系统的bode图，求出校正前系统的相角裕度；画出校正前系统的阶跃响应曲线，估算出超调量和调节时间。校正前的阶跃响应曲线超调量：调节时间：Ts=10s由图可知=-Matlab程序如下： num=10; den=1 3 2 0; margin(num,den) grid 校正前系统的bode图校正前阶跃响应曲线的程序：k=1;num=1;den=1 3 2

4、0;0 sys=tf(k*num,den); Lsys=feedback(sys,1,-1);y,t,x=step(Lsys);plot(t,y);ltiview  调节时间：响应曲线从0到达并停留在稳态值的正负5%或正负2%误差范围所需要的最小时间.超调量：系统在响应过程中，输出量的最大值超过稳态值的百分数。（3） 根据参数要求选择合适的校正方法，求出校正装置的传递函数。因为，题目要求相角裕度，选择校正后系统的相角裕度=由图可知，对应相角为时频率为Wc=0.404,，幅值为21dB取20lgb=-21，得 b=0.08,去滞后装置的第二个转折频率为0.1Wc=0

5、.0404,则T=309.21， 所以，校正装置传递函数为: =所以，校正后的传递函数为: =（4） 将校正前后的阶跃响应曲线画在同一坐标下（以方便校正结果的比较），并记录校正前后系统的时域指标。校正后阶跃响应曲线程序：k=10; num= 25.097,1;den=309.22,930.65,621.43,2,0 ;sys=tf(k*num,den); Lsys=feedback(sys,1,-1);y,t,x=step(Lsys);plot(t,y);ltiviewgrid 校正前后画在同一坐标上的阶跃响应曲线（5） 在同一坐标下画出校正前后的Bode图（以方便校正结果的比较），并记录校正

6、前后系统的相角裕量和幅值裕量。校正前： 相角裕度=- 幅值裕度19.2dB校正后：相角裕度=幅值裕度-2.952dB 校正后程序： num=250.97,10; den=309.22,930.65,621.43,2,0; margin(num,den)grid 同一坐标下校正前校正后bode图：（6）应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响1.超前校正的目的是改善系统的动态性能，实现在系统静态性能不受损的前提下，提高系统的动态性能。通过加入超前校正环节，利用其相位超前特性来增大系统的相位裕度，改变系统的开环频率特性。一般使校正环节的最大相位超前角出现在系统新的穿越频率点。2.滞后校正通过加入滞后校正环节，使系统的开环增益有较大幅度增加，同时又使校正后的系统动态指标保持原系统的良好状态。它利用滞后校正环节的低通滤波特性，在不影响校正后系统低频特性的情况下，使校正后系统中高频段增益降低，从而使其穿越频率前移，达到增加系统相位裕度的目的。3.滞后