自动控制原理课程设计——频率法的超前校正推荐.doc

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 .10 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.掌握设计给定系统超前校正环节的方法，并用仿真技术验证校正环节理论设计的正确性。 5.掌握设计给定系统超前校正环节的方法，并模拟实验验证校正环节理论设计的正确性。 二.内容 已知单位反馈控制系统的开环传递函数为： 设计超前校正装置，使校正后系统满足： 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； =100 未校正系统的开环频率特性为： 2.根据所确定的开环增益，画出未校正系统的伯德图，并求出其相位裕 由得 30.84 又 代入得 3.选取=56，计算的值 所以有 即有 =0.075 4.确定校正网络的转折频率和和传递函数 所以超前校正网络的传递函数为： 为了补偿因超前校正网络的引入而造成系统开环增益的衰减，必须使附加放大器的放大倍数为=13.33 所以有 5.校正后系统的开环传递函数为： 6.对验证校正后的系统 = 又 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 on margin(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); bode(Gc) Hold on margin(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 on margin (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) sys2=feedback(G,1); 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。 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 图1.5 校正前后simulink的仿真曲线曲线 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 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 图1.9 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位裕量和截止频率（剪切频率），从而减小瞬态响应的超调量，提高其快速性；超前校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。 当未校正系统的相角在所需剪切频率附近向负相角方面急剧减小时，采用串联校正环节效果不大；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α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)基于根轨迹法的超前校正方法，(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。 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