单位负反馈系统的校正设计论文管理.doc

目 录 第一章 课程设计题目 1 1.1设计题目 1 1.2 设计目的及意义 1 1.3设计要求 1 第二章 设计总体思路和实验步骤 3 2.1设计总体思路 3 2.2设计详细步骤 3 2.3校正系统分析 6 第三章 设计总结 8 参考文献 9 附 录 10 第一章 课程设计题目 1.1设计题目 单位负反馈系统的校正设计 1.2 设计目的及意义 1.设计目的 设单位负反馈系统的开环传递函数为：G(s)=K/(s(s+1)(0.01s+1)) 用相应的频率域校正方法对系统进行校正设计，使系统满足如下动态和静态性能： 1）相角裕度((45°； 2）在单位斜坡输入下的稳态误差为ess( 0.06250； 3）系统的穿越频率大于2rad/s。 2.设计的意义 用频率法对系统进行超前校正的实质是将超前网络的最大超前角补在校正后系统开环频率特性的截止频率处，提高校正后系统的相角裕度和截止频率，从而改善系统的动态性能。为此，要求校正网络的最大相位超前角出现在系统的截止频率处。只要正确地将超前网络的交接频率1/aT和1/T设置在待校正系统截止频率Wc的两边，就可以使已校正系统的截止频率Wc和相裕量满足性能指标要求，从而改善系统的动态性能。串联超前校正主要是对未校正系统在中频段的频率特性进行校正。确保校正后系统中频段斜率等于－20dB/dec，使系统具有45°～60°的相角裕量。以加快系统的反应速度，但同时它也削弱了系统抗干扰的能力。在工程实践中一般不希望系数a值很大，当a＝20时，最大超前角为60°，如果需要60°以上的超前相角时，可以考虑采用两个或两个以上的串联超前校正网络由隔离放大器串联在一起使用。在这种情况下，串联超前校正提供的总超前相角等于各单独超前校正网络提供的超前相角之和。 1.3设计要求 1）分析设计要求,说明校正的设计思路（超前校正，滞后校正或滞后-超前校正）； 2）详细设计（包括的图形有：校正结构图，校正前系统的Bode图，校正装置的Bode图，校正后系统的Bode图）； 3）用Matlab编程代码及运行结果（包括图形、运算结果）； 4）校正前后系统的单位阶跃响应图。 第二章 设计总体思路和实验步骤 2.1设计总体思路 1)根据稳态误差ess的值，确定开环增益K。 2)利用已确定的开环增益K，确定校正前系统的传递函数，画出其 bode图，从图上看出校正前系统的相位裕度γ和截止频率Wc。 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。 3)根据相位裕度。 4)验证已校正系统的相位裕度γ和截止频率Wc。 2.2设计详细步骤 1.校正方法 由未校正系统伯德图，幅值裕度h=16dB，穿越频率Wx=10 rad/s，相角裕度(（wc）=12°，截止频率Wc=3.94 rad/s，说明该系统稳定，穿越频率大于要求值，唯相角裕度较小，故采用串联超前校正方法是合适的。 2.参数确定 1）据稳态误差要求确定开环k：由ess=1/k，得k≤16，取k=16。 2）求所需最大超前角(m，因(=(m+((wc)，则(m=(-(（wc）((=45(-12((6( (39(式中(m为校正装置最大超前角，则：(为目标相角裕度；(（wc）为系统相角裕度；(为调整量。 3）计算a值： 因(m=arcsin a-1/a+1，得 a=1(arcsin(m/1-sin(m(4.3955。 4） 图解最大超前角频率Wm，为保证响应速度，根据(L(()(10lga，从未校正系统伯德图中得Wm=5.74 rad/s。 5）求参数T( 1/WmaT 0.083 1。 3.校正装置 通过所学知识我们可知，校正装置传递函数为：aGc( aTs1 /Ts1( 1(4.3955 Gc(1(4.3955(0.0831s/ 0.0831s(1。在matlab中编写m程序（test02bode.m），作出校正系统的如下校正装置伯德图： 图2.1 校正装置伯德图 4.校正后系统 经超前校正后，系统开环传递函数为：（s）(G (GC(S)*G(S)( 16(1+0.3653S)/ S(S(1) (0.01S(1)( 1(0.0831S) 。 5.验算结果 在matlab中编写m程序（test03bode.m），作出校正后系统的伯德图： 图2.2 校正后系统伯德图 由图2.2中可知：校正后系统幅值裕度h=24.1dB，穿越频率Wx=31.48rad/s，相角裕度(（wc）=45.6°，截止频率Wc=5.75 rad/s。在matlab中编写m程序（test04jieyue.m），作出校正前后系统的阶跃响应对比图： 图2.3校正前后单位阶跃响应对比图 2.3校正系统分析 1.系统分析 1）校正前单位负反馈系统的开环传递函数为：G(s)