1、 1 题题 目目 控制系统设计与校正 课课 程程 名名 称称 自动控制原理课程设计 院院 部部 名名 称称 机电工程学院 专专 业业 电气工程及其自动化 班班 级级 10 电气工程及其自动化（单） 学学 生生 姓姓 名名 学学 号号 课程设计地点课程设计地点 课程设计学时课程设计学时 1 周 指指 导导 教教 师师 2 目录目录 一、绪论一、绪论 1.1、相关背景知识3 1.2、课程设计任务3 二、设计过程二、设计过程.4.4 2.1、确定校正传递函数4 2.2、利用 MATLAB 绘画未校正系统的 bode 图4 三、三种响应曲线三、三种响应曲线88 3.1、校正前的三种响应曲线8 3.2、
2、校正后三种响应曲线.11 四、四、特征根特征根1313 4.1、校正前的特征根.13 4.2、系统校正后的特征根.14 五、系统的动态性能指标五、系统的动态性能指标.14.14 5.1、校正前动态性能指标%、tr、tp、ts14 5.2、校正后的动态性能指标.15 5.3、系统的稳态误差.17 六、根轨迹六、根轨迹.17.17 6.1、校正前的根轨迹.17 6.2、校正后的根轨迹.19 七、系统的七、系统的 NyquistNyquist 图图.21.21 7.1、求系统校正前的 Nyquist 图.21 7.2、求系统校正后的 Nyquist 图.22 八、八、参考文献参考文献.24.24 3
3、 一、绪论一、绪论 1.1、相关背景知识 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。 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。 1.2、课程设计任务 （
4、1） 、要求： a、掌握自动控制原理的时域分析法，根轨迹法，频域分析法，以及各种补 偿 （校正） 装置的作用及用法， 能够利用不同的分析法对给定系统进行性能分析， 能根据不同的系统性能指标要求进行合理的系统设计，并调试满足系统的指标。 a、学会使用 MATLAB 语言及 Simulink 动态仿真工具进行系统仿真与调试。 （2）题目： 设原系统的开环传递函数为 0 () (0.51)(0.21) K G S SSS 试选用串联滞后或 串联超前校正装置，要求校正后系统的相角裕度 , 幅值裕度 K g =6 分 贝，静态速度误差系数 1 v K10s 。 4 二、设计过程二、设计过程 2.1 确定
5、校正传递函数 2.1.1、确定 0 K： 根据题意与自动控制理论， 可知此系统为 I 型系统， 在单位斜坡信号作用下， V K= 0 k=10，所以 0 k=10rad/s 即被控对象的传递函数为： )12.0)(1(0.5 10 )( 0 sss SG 2.2 利用 MATLAB 绘画未校正系统的 bode 图 2.2.1、校正前 Bode 图 利用 matlab 进行编程，用程序： 可得性能指标 Lh=dB Wg=rad/s 5 r=25.2 剪切频率 Wc=4.25rad/ s 可得到 Bode 图 图 1、矫正前系统 Bode 图 2.2.2 超前校正后的 Bode 图： 程序： 可得
6、性能指标 6 可得 bode 图： 图 2、超前校正后系统 bode 图 7 由上图 2 及程序所知，系统没有达到要求。 2.2.3 进行第二次超前校正： wc2=18.5; m2,p2,w2=bode(sys1); M2=spline(w2,m2,wc2); a2=M2(-2) T2=1/(wc2*sqrt(a2) Gc2=tf(a2*T2 1,T2 1) sys2=sys1*Gc2; Gm2,Pm2,Wcg2,Wcp2=margin(sys2) 可得性能指标： a2 = 17.5862 T2 = 0.0129 Transfer function: 0.2267 s + 1 - 0.01289 s + 1 Gm2 = 7.4523
