超前和滞后校正网络的设计方法.docVIP

2010-2011学年第1学期

别:院

课程名称:

实验名称:简单控制系统设计及Matlab实现

实验教室:

指导教师:

小组成员(姓名，学号):

实验日期:2010年12月15日

评分:

一、实验目的

1、深刻理解串联超前网络和滞后网络对系统性能的调节作用;

2、掌握串联超前和滞后校正网络的设计方法;

3、学习并掌握计算机辅助控制系统设计方法;

4、通过实验，总结串联超前和滞后校正的特点，以及对系统性能影响的规律。二、实验任务及要求

(一)实验任务

如图(a)所示为大型卫星天线系统，为跟踪卫星的运动，必须保证天线的准确定位。天线指向控制

系统采用电枢控制电机驱动天线，其框图模型如图(b)所示。若要求:(1)系统在斜坡作用下的稳态

误差小于10%;(2)系统相角裕度大于40度;(3)阶跃响应的超调量小于25%，调节时间小于2s。通过

实验请完成下列工作:

D(s)电机和天线控制器

R(s)10Y(s)G(s)cs(0.1s，1)(0.2s，1)

图(a)天线图(b)天线指向控制系统

(二)实验要求

1、通过实验选择校正网络的参数使校正后的系统满足设计要求;

2、通过实验总结超前校正、滞后校正的控制规律;

3、总结在一定控制系统性能指标要求下，选择校正网络的原则;

4、采用人工分析与MATLAB平台编程仿真结合完成设计实验任务。

1、若不加校正网络，通过实验绘制系统阶跃响应曲线和开环bode图，观察系统能否满足上述性能指标

要求。

num=[10];

den=[0.020.3110]

t=[0:0.01:10]

sys=tf(num,den)

step(sys)

xlabel(time[sec])

ylabel(sys)

num=[10];

den=[0.020.310];bode(num,den)

有上图可得:

系统的上升时间为:0.205s

调节时间为:7.51s

超调量为:69.9%

000相角裕度为:180-168=12

故不满足题目要求。

2、若G(s),K，通过绘制系统根轨迹图，确定使系统稳定的K值范围;并通过实验研究仅调节参数Kcppp

是否能满足指标要求。要求至少选择三个K值分别绘制阶跃响应曲线和bode图加以说明。p

num=[10];

den=[0.020.310]rlocus(num,den)

选择三个值:Kp

1、当K=2.42时

num=[24.2];

den=[0.020.3124.2]t=[0:0.01:10]

sys=tf(num,den)

step(sys,t)

xlabel(time[sec])ylabel(sys)

num=[24.2];

den=[0.020.310];bode(num,den);

margin(num,den);

BodeDiagramStepResponseGm=-4.15dB(at7.07rad/sec),Pm=-12.2deg(at8.88rad/sec)System:sys501500Peakamplitude:1.11e+003Overshoot(%):NaNAttime(sec):9.980System:untitled1System:untitled11000Frequency(rad/sec):6.98System:sysFrequency(rad/sec):8.94-50Magnitude(dB):4.37FinalValue:InfMagnitude(dB):-0.145

Magnitude(dB)-100500

-150sys-900

-135

-180-500System:untitled1System:untitled1Phase(deg)Frequency(rad/sec):7.14-225Frequency(rad/sec):8.75Phase(deg):-181Phase(deg):-191-270-10000123456789101010101010time[sec](sec)Frequency(rad/sec)

此时的K使得系统变得很不稳定。

2、当K=9.28时

num=[92.8];

den=[0.020.3192.8]

t=[0:0.01:10]

[y,x,t]=step(num,den,t)

plot(t,y),grid

xlabel(time[sec])

ylabel(sys)

num=[9.28];

den=[0.0