自动控制原理课程设计--水温控制系统的串联校正设计

1、 1 课课 程程 设设 计计 论论 文文 目 录 1 设计目的 2 设计任务及要求 3 设计思想 4 设计过程 5 应用 Simulink 进行动态仿真 6 三种方案的分析比较选择 7 设计小结 8 参考文献 2 一设计目的： 通过过课程设计，在掌握自动控制理论基本原理，一般电学系 统自动控制方法的基础上，用 MATLAB 实现系统的仿真与调试。 二二设计任务及要求： 水温控制系统的串联校正设计：某单位水温负反馈控制系统，其被控 制对象的开环传递函数， 0( ) (0.11) K Gs ss ，用串联校正的频域方法对 系统进行串联校正设计（分别用超前，滞后，超前滞后三种方法校 正） ，校正后使

2、系统满足以下动态及静态性能指标：斜坡信号作用 下， 1 20 v Ks ；相角裕量 0 50r 。 三三设计思想： 串联超前校正装置使得系统的相角裕量增大， 从而降低系统响 应的超调量；增加了系统的频带宽度，是系统的响应速度加快。但有 些情况下，超前校正系统的应用会受到限制，例如，当未校正系统的 相角余量和要求的相角量相差很大时，超前校正网络的参数将会很 小，从而使系统的频带宽度过大，不利于抑制高频噪音。另外，未校 正系统的相角在所需剪切频率附近急剧向负值增大时， 采用串联超前 校正往往效果不大，因此考虑其他类型的校正装置 当一个系统的动态响应性能是满足要求的， 为改善稳态性能而 又不影响其动

3、态响应， 可采用串联滞后校正装置。 增加一对相互靠的 很近并且靠近坐标原点的开环零极点， 使系统的开环放大倍数提高 倍,而不影响对数频率特性的中，高频段特性。串联滞后校正装置还 可以利用其低通滤波特性，将系统高频部分的幅值衰减， 降低系统的 3 剪切频率，提高系统的相角余量，以改善系统的稳定性和其他动态性 能， 但应同时保证未校正系统在要求的开环剪切频率附近的相频特性 曲线基本不变。 应用频率发设计滞后-超前较真装置，其中超前校正部分可以 提高系统的相角裕量，同时使频带变宽，改善系统的动态性能；滞后 校正部分则主要用来提高系统的稳态性能。 四设计过程： 校正前系统分析： 系统有三个环节串联组成

4、，分别为比例环节，积分环节，惯性环节。 系统在单位斜坡信号输入时，其静态速度误差系数为 v K， 0 lim( )( )020 0.11 v s k KsG s Hss s ，则20 v K 系统的开环频域特性为： 20 () (0.11) Gj jj ，()()1 cc GjHj 相角为： 0 ()90arctan 0.1 c 相角裕量为： 0 180() c r 由上可求得系统的相角余量 0 r 计 算 未校 正系 统 的剪 切频 率12.5 c rad s， 相应 的 相角 余量 00 0 38.750r幅值裕量 g KdB 在误差允许范围内简化系统 Bode 图得幅值表达式如下： 当 c 时()20 log 2020 logL 当 c 时()20 log 2020 log20 log 0.120 log 240 log 0.1L 此时计算未校正系统的剪切频率1 4 .1 4 c ra ds，相应的相角余量 4 00