用MATLAB进行控制系统的超前校正设计.docxVIP

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学 号：

课 程 设 计

题 目

用MATLAB进行控制系统的超前校正

设计

学

院

自动化学院

专

业

自动化

班

级

自动化11班

姓

名

指导教师 谭思云

2013年12月25日

武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书

武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书

课程设计任务书

学生姓名： 刘嘉雯 专业班级：自动化1102班

指导教师： 谭思云 工作单位：自动化学院

题 目: 用MATLAB进行控制系统的超前校正设计。

初始条件：

已知一单位反馈系统的开环传递函数是

G(s)?

K

s(1?0.1s)(1?0.3s)

v要求系统的静态速度误差系数K?6，γ?45?。

v

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）

1、用MATLAB作出满足初始条件的K值的系统伯德图，计算系统的幅值裕度和相位裕度。

2、在系统前向通路中插入一相位超前校正，确定校正网络的传递函数，并用

MATLAB进行验证。

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：

1、课程设计任务书的布置，讲解（半天）

2、根据任务书的要求进行设计构思。（半天）

3、熟悉MATLAB中的相关工具（一天）

4、系统设计与仿真分析。（三天）

5、撰写说明书。（二天）

6、课程设计答辩（半天）

指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日

目录

摘要 1

课程设计目的 2

设计条件及任务要求 2

设计条件 2

设计任务要求 2

设计基本原理 3

超前校正 3

根轨迹法 5

设计过程 6

基本思路及步骤 6

校正前系统分析 6

开环增益 6

相位裕度和幅值裕度 7

伯德图 8

根轨迹 9

超前校正系统设计 10

理论分析 10

参数计算 11

编程设计 12

校正后系统分析 13

伯德图 13

根轨迹 14

结果对比与分析 15

校正前后阶跃响应曲线 15

结果分析 16

总结 17

参考文献 18

武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书

武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书

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摘要

在自动控制理论中，超前校正是相当重要的一环，对于系统的优化有很重要的意义。用MATLAB进行控制系统的超前校正设计是对所学的自动控制原理的初步运用。本课程设计先针对校正前系统的稳定性能，用MATLAB画出其根轨迹及伯德图进行分析，是否达到系统的要求，然后对校正装置进行参数的计算和选择，串联适当的超前校正装置。最后通过阶跃响应曲线对比前后系统，论证校正后的系统是否达到要求。

关键字：超前校正MATLAB伯德图根轨迹

武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书

武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书

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用MATLAB进行控制系统的超前校正设计

课程设计目的

本次课程设计通过让学生自主设计控制系统，进一步加深对自动控制原理基本知识的掌握和认识，更深入地研究相关理论。并通过对系统的分析和设计，提高实际动手能力。使用MATLAB软件，学习利用根轨迹及伯德图等对系统进行分析。旨在培养学生的系统分析能力、设计能力及编程能力，巩固理论所学。

设计条件及任务要求

设计条件

初始条件如下：

已知一单位反馈系统的开环传递函数是

G(s)? K

要求系统的静态速度误差系数

s(1?0.1s)(1?0.3s)

Kv?6，γ?45。

设计任务要求

用MATLAB作出满足初始条件的K值的系统伯德图，计算系统的幅值裕度和相位裕度。

在系统前向通路中插入一相位超前校正，确定校正网络的传递函数，并用MATLAB进行验证。

用MATLAB画出未校正和已校正系统的根轨迹。

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。

设计基本原理

超前校正

超前校正的基本原理就是利用超前相角补偿系统的滞后相角，改善系统的动态性能，增加相位裕度，提高系统的稳定性。

超前校正利用超前网络或PD控制器进行串联校正，在前向通道中串联传递函数为：

1?α?s

Gc?s?=

1??s

，α1

其中参数α、?为可调，如图3-1所示。

图3-1超前校正装置结构图