自动控制原理课程设计-频率法的超前校正

1、自动控制原理课程设计报告目录一.目的. 2二.内容. 2三.基于频率法的超前校正设计. 2四.校正前、后系统的单位阶跃响应图及 simulink框图、仿真曲线图. 5五. 电路模拟实现原理. 7六.思考题. 9七心得体会. .10八参考文献. .101自动控制原理课程设计报告题目一 连续定常系统的频率法超前校正一.目的1.了解串联超前校正环节对系统稳定性及过渡过程的影响；2.掌握用频率特性法分析自动控制系统动态特性的方法；3.掌握串联超前校正装置的设计方法和参数调试技术；4.正确性。5.确性。二.内容已知单位反馈控制系统的开环传递函数为：100G (s)ssso设计超前校正装置，使校正后系统满

2、足：K 100s , 50s ,% 40%1 1vc三.基于频率法的超前校正设计1.根据稳态误差的要求，确定系统的开环增益K ；K limG (s)lims K=100s 1ss1)(0.01sv0s0s0未校正系统的开环频率特性为：100G ()0(0.1 1) 0.01 1jj j 2.根据所确定的开环增益K ，画出未校正系统的伯德图，并求出其相位裕1由 G (j ) 1得0c030.84c090 arctan0.1 arctan0.010 又 +0c012自动控制原理课程设计报告代入得c00.83o13.选取 =56s ，计算 的值1c 0LLLc0ccc1 L Lcc0c1所以有即有|

3、 A ( )0c=0.0754.确定校正网络的转折频率 和 和传递函数G12c1 15.34s11Tc1 s1cT所以超前校正网络的传递函数为：2sG (s)sc1放大倍数为 =13.33所以有1 s15.34 s207.41ss15.34G (s)13.331)s207.41c13.3315.34(14.34s207.41(1)207.415.校正后系统的开环传递函数为：s13.3315.34(1)10015.34G(s)G G (s)ss1 s1s0c207.41(1)207.41s100(1)15.34 ss s1 s1 (1)207.413自动控制原理课程设计报告6.对验证校正后的系统

4、11 occcc= 40.4411又0.4(0.4(37.7sinsin40.44o所以符合系统的要求7.画校正前、校正后、校正系统的伯德图在 MATLAB命令窗口键入以下命令:Go=zpk( ,0 -10 -100,100000);bode(Go)hold onmargin(Go)求得校正前系统的伯德图如图 1.1所示。图 1.1 校正前、后系统的伯德图在 MATLAB命令窗口键入以下命令:Gc=zpk(-15.34,-207.41,0.074);4自动控制原理课程设计报告bode(Gc)Hold onmargin(Gc)求得校正系统的伯德图如图 1.2 所示。图 1.2 校正系统的伯德图在

5、 MATLAB 命令窗口键入以下命令:G=zpk(-15.34,0 -10 -100 -207.41,1352086.05);bode(G)hold onmargin (G)求得校正后系统的伯德图如图 1.1 所示。四.校正前、后系统的单位阶跃响应图及 simulink 框图、仿真曲线图在 MATLAB 命令窗口键入以下命令：Go=zpk( ,0 -10 -100,100000);bode(Go)margin(Go)G=zpk(-15.34,0 -10 -100 -207.41,1352086.05);bode(G)margin (G)sys1=feedback(Go,1)5自动控制原理课程设

6、计报告step(sys1,sys2)求得校正前、后系统的单位阶跃响应图如图 1.3 所示。图 1.3 校正前、后系统的单位阶跃响应图校正前、后系统的 simulink 框图如图 1.4 所示。6自动控制原理课程设计报告图 1.4 校正前、后系统的 simulink 框图校正前、后 simulink 的仿真曲线曲线如图 1.5 所示五. 电路模拟实现原理1.超前校正前系统的模拟原理图为：图 1.6 超前校正前系统的模拟原理图7自动控制原理课程设计报告2.超前校正后系统的模拟原理图为：图 1.7 超前校正后系统的模拟原理图3.仿真效果图 1.8 未校正仿真效果8自动控制原理课程设计报告图 1.9

7、校正后的仿真效果六.思考题1.超前校正对改善系统性能有什么作用？什么情况下不宜采用超前校正？答：超前校正是通过其相位超前特性来改善系统的品质；超前校正增大了系统的相正对提高稳态精度作用不大；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。环节效果不大；或者当需要超前相角的数量很大时，超前校正的网络的系数值需选择很小，从而使系统的带宽过大高频噪声能顺利通过系统。以上两种情况不宜采用串联超前校正。2.有否其他形式的校正方案？答：还有其他校正装置的连接方式：(1)(2)基于根轨迹法的超前滞后校正，(3)基于频率响应法的迟后校正，(4)根轨迹法的迟后超前校正，(5)频率响应法的迟后超前校正

8、。3分析校正前后系统的阶跃响应曲线和Bode图，说明校正装置对改善系统性能的作用？答：增加开环频率特性在剪切频率附近的正相角，从而提高了系统的相角裕度；减小对数幅频特性在幅值穿越频率上的负斜率，从而提高了系统的稳定性；提高了9自动控制原理课程设计报告系统的频带宽度，从而提高了系统的响应速度； 不影响系统的稳态性能。但若原系统宜采用相位超前校正；因为随着幅值穿越频率的增加，原系统负相角增加的速度将超过超前校正装置正相角增加的速度，超前网络就起不到补偿滞后相角的作用了4.超前校正的原理是什么？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。七心得体会在设计过程中，我通过查阅相关资料，与同学交流经验和自学，使自己学到了不少知识。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。学习需要耐心，需要勤奋，需要不断探索和创新，更要有不骄不躁，坚持不懈的精神，同时，大大提高了我的动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。由于时间比较紧，这个设计做的并不算太理想，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收