武汉理工自控课设.doc

目录 摘要 2 1串联滞后校正原理 3 2 设计思路及设计框架 3 2.1 设计思路 3 2.2 设计框架图 4 3 设计方案论证 5 3.1校正前系统分析与计算 5 3.1.1最小K值的系统频域分析 6 3.1.2校正前系统的伯德图 7 3.1.3校正前系统的根轨迹 7 3.2滞后校正的网络函数 8 3.2.1校正后系统分析及程序 8 3.2.2校正后系统的伯德图 10 3.2.3校正后系统的根轨迹 10 3.3用Matlab对校正前后的系统进行仿真分析 12 3.3.1校正前后系统单位阶跃响应 12 3.3.2系统校正前后参数分析 13 4 设计小结 15 结束语 16 参考文献 1 摘要 由于滞后校正网络具有低通滤波器的特性，因而当它与系统的不可变部分串联相连时，会使系统开环频率特性的中频和高频段增益降低和截止频率Ｗc减小，从而有可能使系统获得足够大的相位裕度，它不影响频率特性的低频段。由此可见，滞后校正在一定的条件下，也能使系统同时满足动态和静态的要求。可运用于以下场所：1.在系统响应速度要求不高而抑制噪声电平性能要求较高的情况下，可考虑采用串联滞后校正。2.保持原有的已满足要求的动态性能不变，而用以提高系统的开环增益，减小系统的稳态误差。 关键词： 滞后校正网络 相位裕度 开环增益 稳态误差 转子绕线机控制系统的 串联滞后校正设计 1串联滞后校正原理 滞后校正就是在前向通道中串联传递函数为的校正装置来校正控制系统，的表达式如下所示。 (1.1) 其中，参数a、T可调，滞后校正的高频段是负增益。因此，滞后校正对系统中高频噪声有削弱作用，增强了抗干扰能力。可以利用滞后校正的这一低通滤波所造成的高频衰减特性，降低系统的截止频率，提高系统的相位裕度，以改善系统的暂态性能。滞后校正的基本原理是利用滞后网络的高频幅值衰减特性使系统截止频率下降，从而使系统获得足够的相位裕度。或者，是利用滞后网络的低通滤波特性，使低频信号有较高的增益，从而提高了系统的稳态精度。可以说，滞后校正在保持暂态性能不变的基础上，提高开环增益。也可以等价地说滞后校正可以补偿因开环增益提高而发生的暂态性能的变化。 2 设计思路及设计框架 2.1 设计思路 具有相位滞后，相位滞后会给系统特性带来不良影响。 解决这一问题的措施之一是使滞后校正的零极点靠得很近，使之产生的滞后相角很小，这是滞后校正零极点配置的原则之一；措施之二是使滞后校正零极点靠近原点，尽量不影响中频段，这是滞后校正零极点配置的原则之二。利用滞后网络进行串联校正控制的基本原理，是利用滞后网络的高频幅值衰减特性，使已校正的系统截止频率下降，从而使系统获得足够的相角裕度。因此，滞后网络的最大滞后角应力求避免发生在系统截止频率附近。在系统响应速度要求不高而抑制噪声电平性能要求较高的情况下，可采用串联校正。此外，如果待校正的系统已具备满意的动态性能，仅稳态性能不满足指标要求，也可采用串联滞后校正以提高系统的稳态精度，同时保持其动态性能仍满足要求。 如果在滞后校正网络后串联一个放大倍数为的放大器，则对数幅频特性变为如图1-1所示，而相频特性不变。这时中高频增益为0db，因此滞后校正不影响系统的中高频特性，但低频增益增加了20lg dB，滞后校正利用这一特性，提高了系统的稳态精度，而又不改变系统暂态性能，这是滞后校正的作用之二。系统串联滞后校正环节后，能够在保证暂态性能不变的前提下，允许把开环增益提高而不是它本身能把开环增益提高。 图1-1 校正后幅频特性 2.2 设计框架图 如果所研究的系统为单位反馈最小相位系统，则应用频率法设计串联滞后校正网络的步骤如下： 图2-1 流程图 3 设计方案论证 当控制系统的性能指标不能满足期望的特性指标时，需要在已选定的系统不可变部分（包括测量元件，比较元件，放大元件及执行机构等）的基础上加入一些装置（即校正装置），使系统能满足各项性能指标。 MATLAB作出满足初始条件的最小K值的系统伯德图，计算系统的幅值裕度和相位裕度。 3.1.1最小K值的系统频域分析 已知转子绕线机控制系统的开环传递函数是： （静态误差系数） 所以最小的K值为： K=1500 故： 　　　　　 （3.1）　　　　　　　　　　　 相位裕度： 先求穿越频率 　　　　 （3.2）　　　　　　　　　 在穿越频率处=1,由于w较小，故可以近似为