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单位负反馈系统的校正装置设计
课 程 设 计题 目: 单位负反馈系统的校正装置设计 初始条件:已知某控制系统结构如图所示,要求设计校正环节Gc(s),使系统对于阶跃输入的稳态误差为0,使系统校正后的相角裕量,幅值裕量.R(t)--要求完成的主要任务: (包括课程设计工作量及其技术要求,以及说明书撰写等具体要求)用MATLAB作出原系统的系统伯德图,计算系统的幅值裕度和相位裕度。在系统前向通路中插入一校正装置,确定校正网络的传递函数,并用MATLAB进行验证。给出所设计的校正装置电路图,并确定装置的各参数值。用MATLAB画出未校正和已校正系统的根轨迹。用Matlab对校正前后的系统进行仿真分析,画出阶跃响应曲线,计算其时域性能指标。对上述任务写出完整的课程设计说明书,说明书中必须进行原理分析,写清楚分析计算的过程及其比较分析的结果,并包含Matlab源程序或Simulink仿真模型,说明书的格式按照教务处标准书写。时间安排: 任务时间(天)指导老师下达任务书,审题、查阅相关资料2分析、计算2编写程序1撰写报告2论文答辩1指导教师签名: 年 月 日系主任(或责任教师)签名: 年 月 日 目录1 设计题目12 要求完成的主要任务13 设计的总体思路14 用MATLAB作出原系统的系统伯德图和根轨迹25 超前校正过程46 滞后校正过程67 用simulink仿真108 设计总结13参考文献14 摘要在科技高速发展的今天,自动控制技术已广泛运用于制造,农业,交通,航空航天等众多部门,极大的提高了社会劳动生产率,改善了人们的劳动环境,丰富和提高了人民的生活水平,在今天的社会生活中,自动化装置已经无所不在,为人类文明的进步作出了重要贡献,自动控制系统的课程设计就是检验我们学过知识扎实程度的好机会,也让我们的知识体系更加系统,更加完善。在不断学习新知识的基础上得到动手能力的训练,启发新思维及独立解决问题的能力,提高设计、装配、调试能力。如果系统设计要求满足性能指标属频域特征量,则通过采用频域校正方法。在开环系统对数频率特性基础上,满足稳态误差、开环系统截止频率和相角裕度等要求出发,进行串联校正的方法。在bode图上虽然不能严格定量的给出系统的动态性能,但是却能方便的根据频域指标确定校正装置的形式和参数,特别是对校正系统的高频特性有要求时,采用频率校正较其他方法更方便。串联滞后校正-超前校正,其基本原理是利用滞后超前网络的超前部分来郑大系统的相角裕度,同时利用滞后部分来改善系统的稳定性能。关键词:控制系统,校正,传递函数,频率,幅值相单位负反馈系统的校正装置设计1 设计题目已知某控制系统结构如图所示,要求设计校正环节Gc(s),使系统对于阶跃输入的稳态误差为0,使系统校正后的相角裕量,幅值裕量.R(t)--2 要求完成的主要任务(1)用MATLAB作出原系统的系统伯德图,计算系统的幅值裕度和相位裕度。(2)在系统前向通路中插入一校正装置,确定校正网络的传递函数,并用MATLAB进行验证。(3)用MATLAB画出未校正和已校正系统的根轨迹。(4)对上述任务写出完整的课程设计说明书,说明书中必须进行原理分析,写清楚分析计算的过程及其比较分析的结果,并包含Matlab源程序或Simulink仿真模型。3 设计的总体思路(1) 根据开环传递函数得E(s)= ,ess = 得ess=0(2) 根据开环传递函数画出bode图和根轨迹图,求出幅值裕度和相位裕度。从图上看出校正前系统的相位裕度和剪切频率。 (3) 根据相位裕度的要求,计算出滞后校正装置的参数a和T。即得校正装置的传递函数,然后得到校正后系统的开环传递函数。(4)验证已校正系统的相位裕度和幅值裕度h。4 用MATLAB作出原系统的系统伯德图和根轨迹根据开环传递函数画出bode图以及根轨迹,得出幅值裕度和相位裕度。校正前的bode图,如图1源程序:num=100;den=[1,11,10,0];margin(num,den);grid; 图1校正前的bode图由图1得出:幅值裕度为0.828db相位裕度为1.58deg幅值截止频率Wcg=3.16rad/s相位截止频率Wcp=3.01rad/s校正前的根轨迹图如下源程序:num = [100];den = [1 11 10 0];rlocus(num,den) 图2校正前的根轨迹图单位阶跃响应分析如图3源程序:G=tf([100],[1 11 10 0 ]); G1=feedback(G,1); t=0:0.01:100;step(G1,t);gridxlabel(’t’);ylabel(‘c(t)’)图3校正前单位阶跃响应图5 超前校正过程(1).得=180—90—actgWc=17.56(2) 则有=45—17.56+10=37.33 得出a=0.245(3)
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