自动控制课程设计--频率法串联超前校正

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1、 自动控制自动控制 课课 程程 设设 计计 报报 告告 题 目 频率法串联超前校正 院 系 机 电 工 程 系 专 业 测控技术与仪器 二零一二年十一月 目录目录 摘要 3 1 课程设计目的内容及要求 . 错误错误! !未定义书签。未定义书签。 1.1 设计目的 . 错误错误! !未定义书签。未定义书签。 1.2 设计内容与要求 . 错误错误! !未定义书签。未定义书签。 1.3 课程设计条件 . 错误错误! !未定义书签。未定义书签。 2 系统设计步骤 错误错误! !未定义书签。未定义书签。 2.1 系统计算 . 错误错误! !未定义书签。未定义书签。 2.2matlab 程序运用 . 错误

2、错误! !未定义书签。未定义书签。 2.3 校正前系统 bode 图及分析 . 错误错误! !未定义书签。未定义书签。 2.4 一次校正后的 bode 图 . 错误错误! !未定义书签。未定义书签。 2.5 二次校正后的 bode 图分析 . 错误错误! !未定义书签。未定义书签。 3 小结 . 错误错误! !未定义书签。未定义书签。 参考文献 . 错误错误! !未定义书签。未定义书签。 摘要摘要 利用频率法串联超前校正，可以根据已知传递函数，分析系统是否稳定。 当一个或某些系统参数的变化时，确定闭环极点随参数变化的轨迹，进而研究闭 环系统极点分布变化的规律。应用 matlab 仿真，只需进行

3、简单计算就可得知系 统一个或某些系统参数变化对闭环极点的影响趋势。 这种定性分析在研究系统性 能和提出改善系统性能的合理途径方面具有重要意义。 【关键词】 ：闭环特征方程，根轨迹，零极点分布，mtlab 仿真 一一、设计目的：设计目的： 1、了解控制系统设计的一般方法、步骤。 2、掌握对系统进行稳定性分析、稳态误差分析以及动态特性分析的方法。 3、掌握利用 MATLAB 对控制理论内容进行分析和研究的技能。 4、提高分析问题解决问题的能力。 二二、设计内容与要求：、设计内容与要求： 设计内容：设计内容： 1、阅读有关资料。 2、对系统进行稳定性分析、稳态误差分析以及动态特性分析。 3、绘制根轨

4、迹图、Bode 图、Nyquist 图。 4、设计校正系统，满足工作要求。 设计条件：设计条件： 1、 已知单位负反馈系统被控制对象的传递函数为 0 () (1) K GS SS 2、 试用频率法设计串联超前校正装置，使系统的相角裕量 0 45，在单位斜坡输入 下的稳态误差 1 15 e rad,截止频率不低于 7.5/rads. 设计要求：设计要求： 1、 能用 MATLAB 解复杂的自动控制理论题目。 K S(S+1) 2、 能用 MATLAB 设计控制系统以满足具体的性能指标。 3、 能灵活应用 MATLAB 的 CONTROL SYSTEM 工具箱和 SIMULINK 仿真软件，分析系

5、统的性 能。 三、设计步骤：三、设计步骤： 1、自学 MATLAB 软件的基本知识。包括 MATLAB 的基本操作命令、控制系统工具箱的用法等， 并上机实验。 2、基于 MATLAB 用频率法对系统进行串联校正设计，使其满足给定的频域性能指标。要求程 序执行的结果中有校正装置传递函数和校正后系统开环传递函数，校正装置的参数T,等 的值。 解： （1） 求满足稳态误差要求的系统开环增益 0 K . 根据自动控制理论与题意，本题给定系统为 I 型系统，在单位斜坡信号作用下，速度误差系 数 0v KK,式中 0 K是系统的开环增益。系统的稳态误差为 0 11 ss v e KK 1 15 v K=

6、0 K 15 1 s ，取 0 K =16/rads. 即被控对象的传递函数为： 16 ( ) (1) Gs s s 检验其是否满足性能指标 n1=16;d1=conv(1 0,1 1); s1=tf(n1,d1); Gm,Pm,Wcp,Wcg=margin(s1) margin(s1) 该程序执行后，得系统的 Bode 图及性能指标 Gm =Inf Pm = 14.2485 Wcp = Inf Wcg = 3.9379 计算未校正系统剪切频率为： c =3.94/rads 相角裕量： 即幅值裕量 h L =dB 穿越频率： g =/rads 相角裕量： 0 14.2 剪切频率： c =3.94/rads 相稳定裕度： 00 14.245,开环系统的剪切频率3.94rad/s7.5rad/s c 都未满足要求， 故原系统需要校正。 （2）求超前校正器的传递函数： k=16; n1=1; d1=conv(1 0,1 1); sope=tf(k*n1,d1)