计算机控制系统课程设计--超前滞后矫正控制器设计

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1、 计算机控制课程设计报告计算机控制课程设计报告 题目: 超前滞后矫正控制器设计 姓名: 学号: 10 级自动化 2013 年 12 月 2 日 计算机控制课程设计任务书 学 号 班 级 学 生 指导教师 题 目 超前滞后矫正控制器设计 设计时间 2013 年 11 月 25 日 至 2013 年 12 月 2 日 共 1 周 设计要求 设计任务： （按照所选题目内容填写） 13超前滞后校正设计 设单位反馈系统的开环传递函数为 100 ( ) (0.11)(0.011) Gs sss ，采用模拟设计法设计数字控制器，使 校正后的系统满足： 速度误差系数不小于 100， 相角裕度不小于 40 度，

2、 截止角频率不小于 20。 方案设计： 1. 完成控制系统的分析、设计； 2. 选择元器件,完成电路设计，控制器采用 MCS-51 系列单片机(传感器、 功率接口以及人机接口等可以暂不涉及)，使用 Protel 绘制原理图； 3. 编程实现单片机上的控制算法。 报告内容: 1. 控制系统仿真和设计步骤，应包含性能曲线、采样周期的选择、数字 控制器的脉冲传递函数和差分方程； 2. 元器件选型，电路设计，以及绘制的 Protel 原理图； 3. 软件流程图，以及含有详细注释的源程序； 4. 设计工作总结及心得体会； 5. 列出所查阅的参考资料。 指导教师签字： 系（教研室）主任签字： 2013 年

3、 11 月 25 日 1.1.控制系统分析和设计控制系统分析和设计 1.11.1实验要求实验要求 设单位反馈系统的开环传递函数为 )101.0)(11.0( 100 )( sss sG，采用模拟设 计法设计数字控制器，使校正后的系统满足：速度误差系数不小于 100，相角裕 度不小于 40 度，截止角频率不小于 20。 1.21.2系统分析系统分析 （1）使系统满足速度误差系数的要求: s0s0 100 lim( )lim100 0.1s10.011 V KsG s s (2)用MATLAB画出 100 ( ) (0.11)(0.011) Gs sss 的Bode图为： -150 -100 -5

4、0 0 50 100 Magnitude (dB) 10 -1 10 0 10 1 10 2 10 3 10 4 -270 -225 -180 -135 -90 Phase (deg) Bode Diagram Gm = 0.828 dB (at 31.6 rad/s) , Pm = 1.58 deg (at 30.1 rad/s) Frequency (rad/s) 由图可以得到未校正系统的性能参数为： 相角裕度 0 1.58， 幅值裕度 0 0.828 g KdBdB, 剪切频率为： 0 30.1/ c rads， 截止频率为 0 31.6/ g rads （3）未校正系统的阶跃响应曲线

5、02468101214 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 Step Response Time (seconds) Amplitude 可以看出系统产生衰减震荡。 （4）性能分析及方法选择 系统的幅值裕度和相角裕度都很小，很容易不稳定。在剪切频率处对数幅值 特性以-40dB/dec穿过0dB线。如果只加入一个超前校正网络来校正其相角，超前 量不足以满足相位裕度的要求，可以先缴入滞后，使中频段衰减，再用超前校正 发挥作用，则有可能满足要求。故使用超前滞后校正。 1 1.3.3模拟控制器设计模拟控制器设计 （1）确定剪切频率 c c 过大会增加超前校正的负

6、担，过小会使带宽过窄，影响响应的快速性。 首先求出幅值裕度为零时对应的频率，约为30/ g rads，令 30/ cg rads。 （2）确定滞后校正的参数 2 2 11 3/ 10 c rads T , 2 0.33Ts,并且取得10 1 12 11 0.33/rads TT , 1 3Ts 则滞后校正的控制器为 1 0.331 ( ) 31 c s Gs s 此时系统的响应曲线为： -150 -100 -50 0 50 100 Magnitude (dB) 10 -2 10 -1 10 0 10 1 10 2 10 3 10 4 -270 -225 -180 -135 -90 Phase (deg) Bode Diagram Gm = 16.9 dB (at 26.5 rad/s) , Pm = 26.9 de