二次串联超前校正的设计.doc

学 号 （） 设计说明书 起止日期： 年 月 日 至 年 月 日 学生姓名 班级 成绩 指导教师(签字) 2012年 月 日 课程设计任务书 2012 —2013 学年第 学期 系 专业 班级 课程设计名称： 设计题目： 完成期限：自 年月 日至 年 月 日共 周 设计依据、要求及主要内容： 要求校正后系统的幅值裕度大于10dB，相角裕度，试设计串联超前校正装置。 基本要求： 1、对原系统进行分析，绘制原系统的单位阶跃响应曲线， 2、绘制原系统的Bode图，确定原系统的幅值裕度和相角裕度。 3、绘制原系统的Nyquist曲线。 4、绘制原系统的根轨迹。 5、设计校正装置，绘制校正装置的Bode图。 6、绘制校正后系统的Bode图、确定校正后系统的幅值裕度和相角裕度。 7、绘制校正后系统的单位阶跃响应曲线。 8、绘制校正后系统的Nyquist曲线。 9、绘制校正后系统的根轨迹。 指导教师（签字）： 教研室主任（签字）： 批准日期： 4 二、原系统分析 6 2.1 原系统的单位阶跃响应曲线 6 2.2 原系统的Bode图 6 2.3 原系统的Nyquist曲线 7 2.4 原系统的根轨迹 7 三、校正装置设计 8 3.1 校正装置参数的确定 8 3.2 校正装置的Bode图 8 四、校正后系统的分析 8 4.1 校正后系统的Bode图 9 4.2 二次校正系统分析 9 五、二次校正后系统的分析 9 5.1二次校正后系统的Bode图 10 5.2校正后系统的单位阶跃响应曲线 10 5.3 校正后系统的Nyquist曲线 10 5.4 校正后系统的根轨迹 11 六、总结 11 七、附图 11 七、参考文献 17 一、绪论 完成一个控制系统的设计任务，往往需要经过理论和实践的反复比较才可以得到比较合理的结构形式和满意的性能，在用分析法进行串联校正时，校正环节的结构通常采用超前校正、滞后校正、滞后超前校正这三种类型，也就是工程上常用的PID 调节器。本次课设采用的超前超前校正的基本原理是利用超前相角补偿系统的滞后相角，改善系统的动态性能，如增加相角裕度，提高系统稳定性能等，而由于计算机技术的发展，matlab在控制器设计，仿真和分析方面得到广泛应用。本次课设采用用Matlab软件对系统进行了计算机仿真，分析未校正系统的动态性能和超前校正后系统是否满足相应动态性能要求。 超前校正就是在前向通道中串联传递函数为: 其中： 通常 a 为分度系数,T 叫时间常数,由式(2-1)可知,采用无源超前网络进行串联校正 时,整个系统的开环增益要下降 a 倍,因此需要提高放大器增益交易补偿. 如果对无源超前网络传递函数的衰减由放大器增 益所补偿，则 上式称为超前校正装置的传递函数。无源超前校正网络的对数频率特性如图1 图1无源超前校正网络的对数频率特性 图2超前校正RC网络图 要求校正后系统的幅值裕度大于10dB，相角裕度，试设计串联超前校正装置。 2.1 原系统的单位阶跃响应曲线 用MATLAB求出对原系统进行分析，绘制原系统的单位阶跃响应曲线如图1所示 num=[5]; den=[0.0006 0.6016 1.601 1 0]; sys=tf(num,den); sys1=feedback(sys,1); t=0:0.1:45; step(sys1,t) hold on grid hold off 2.2 原系统的Bode图 应用MATLAB绘制出开环系统Bode图如图2所示 。 num=[5]; den=[0.0006 0.6016 1.601 1 0]; sys=tf(num,den); margin(sys) hold on grid hold off 2.3 原系统的Nyquist曲线 原系统的Nyquist曲线如图3所示 num=[5]; den=[0.0006 0.6016 1.601 1 0]; sys=tf(num,den); nyquist(sys) hold on plot([-1],[0],o) gtext(-1) hold off 2.4 原系统的根轨迹 原系统的根轨迹如图4所示 num=[5]; den=[0.0006 0.6016 1.601 1 0]; sys=tf(num,den); rlocus(sys) hold on plot([0],[0]) gtext(0) plot([-2],[0]) gtext(-2) plot([-5],[0]) gtext(-5) hold off 三、校正装置设计 3.1 校正装置参数的确定 校正