自动控制原理课程设计-用MATLAB进行控制系统的滞后校正设计.doc

附件2： 课程设计任务书 学生姓名： 陈智 专业班级： 自动化0801班 指导教师： 张立炎 工作单位： 自动化学院 题 目: 用MATLAB进行控制系统的滞后校正设计。 初始条件：已知一单位反馈系统的开环传递函数是 要求系统的静态速度误差系数，。 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作出满足初始条件的K值的系统伯德图，计算系统的幅值裕量和相位裕量。 系统前向通路中插入一相位滞后校正，确定校正网络的传递函数。 3、用MATLAB画出未校正和已校正系统的根轨迹。 4、课程设计说明书中要求写清楚计算分析的过程，列出MATLAB程序和MATLAB输出。说明书的格式按照教务处标准书写。 时间安排： 任务 时间（天） 审题、查阅相关资料 1 分析、计算 1.5 编写程序 1 撰写报告 1 论文答辩 0.5 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 滞后校正系统的设计系统滞后校正设计方案 1 1.1 设计原理 1 1.2 设计步骤 2 2 设计串联滞后校正 3 2.1 校正前参数确定 3 3 系统前向通路中插入一相位滞后校正 4 3.1 确定校正网络的传递函数 4 3.2 应用MATLAB进行验证 6 3.3 波特图的理论绘制 7 3.4 用MATLAB进行设计 8 4 画出未校正和已校正系统的根轨迹 10 4.1 用MATLAB画出未校正系统和已校正系统的根轨迹 10 4.2 根轨迹的理论作图步骤 11 5 设计总结 12 6 收获与体会 13 参考文献 15 1 滞后校正系统的设计系统滞后校正设计方案 1.1设计原理 所谓校正，就是在系统中加入一些其参数可以根据需要而改变的机构或装置，使系统整个特性发生变化，从而满足给定的各项性能指标。系统校正的常用方法是附加校正装置。按校正装置在系统中的位置不同，系统校正分为串联校正、反馈校正和复合校正。按校正装置的特性不同，又可分为超前校正、滞后校正和滞后-超前校正、PID校正。 这里我们主要讨论串联校正。一般来说，串联校正设计比反馈校正设计简单，也比较容易对信号进行各种必要的形式变化。在直流控制系统中，由于传递直流电压信号，适于采用串联校正;在交流载波控制系统中，如果采用串联校正，一般应接在解调器和滤波器之后，否则由于参数变化和载频漂移，校正装置的工作稳定性很差。 串联超前校正是利用超前网络或PD控制器进行串联校正的基本原理，是利用超前网络或PD控制器的相角超前特性实现的，使开环系统截止频率增大，从而闭环系统带宽也增大，使响应速度加快。 在有些情况下采用串联超前校正是无效的，它受以下两个因素的限制： 1）闭环带宽要求。若待校正系统不稳定，为了得到规定的相角裕度，需要超前网络提高很大的相角超前量。这样，超前网络的a值必须选得很大，从而造成已校正系统带宽过大，使得通过系统的高频噪声电平很高，很可能使系统失控。 2) 在截止频率附近相角迅速减小的待校正系统，一般不宜采用串联超前校正。因为随着截止频率的睁大，待校正系统相角迅速减小，使已校正系统的相角裕度改善不大，很难得到足够的相角超调量。 串联滞后校正是利用滞后网络或PID控制器进行串联校正的基本原理，利用其具有负相移和负幅值的特斜率的特点，幅值的压缩使得有可能调大开环增益，从而提高稳定精度，也能提高系统的稳定裕度。 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，可以考虑采用串联滞后校正。此外，如果待校正系统已具备满意的动态性能，仅稳态性能不能满足指标要求，也可以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然满足性能指标要求。 滞后校正装置的传递函数为: （1-1） 它提供一个负实轴上的零点和一个负实轴上的极点。零、极点之间的距离由值决定。 由于1，极点位于零点右边，对于s平面上的一个动点，零点产生的向量角小于极点产生的向量角，因此，滞后校正装置总的向量角为负，故称为滞后校正。 1.2 设计步骤 所研究的系统为最小相位单位反馈系统，则采用频域法设计串联无源滞后网络的步骤如下： 根据稳态速度误差的要求，确定开环增益K； 利用已确定的的开环增益K，在校正前系统的对数频率特性波特图上，找出相角为（）=的频率作为校正后系统的截止频