单位负反馈系统设计校正--自动控制原理课程设计

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1、 0 自动控制原理课程设计 课程名称： 单位负反馈系统设计校正 班 级： 自动化 2010 级 1006 班 学 号： * 姓 名： 指导教师： 2013 年 1 月 2 日 1 目录 1 课程设计内容以及要求 1 1.1 设计内容 . 1 1.2 内容 . 1 1.3 设计要求 . 2 2 系统的分析 . 2 2-1 原系统的分析 2 2-2 超前校正系统 . 4 2-3 滞后校正系统分析 6 3 系统滞后超前分析 9 3-1 系统滞后超前校正 . 9 32 校正系统的实现方式 11 实验小结 13 1 课程设计内容以及要求课程设计内容以及要求 1.1 设计内容设计内容 已知单位负反馈系统的

2、开环传递函数为： 1 ( ) (1)(1) 10100 k GsK ss s 用用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计。 1.2 内容内容 用用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计， 使系统满足如下动态及静 态性指标： （1）在单位斜坡信号 ttr)( 作用下，系统的速度误差系数 1 100 sK v ； 1时， ( )sinr tt 谐波输入的稳态误差 70 1 ss e ； （2）系统校正后，相位裕量： 0 45)( c ；在幅值穿越频率 c 之前不允许 2 有 十倍频/60 dB ； （3）对 Hz60的扰动信号，输出衰减到250/1。 1.3 设计要求设计要求 课程设计报告

3、的内容应包括以下 6 个部分： 1) 分析设计要求，说明串联校正的设计思路（滞后校正，超前校正或滞后-超 前校正） ； 2) 详细设计（包括的图形有：串联校正结构图，校正前系统的 Bode 图，校正 装置的 Bode 图，校正后系统的 Bode 图） ； 3) MATLAB 编程代码及运行结果（包括图形、运算结果） ； 4) 校正实现的电路图及实验结果（校正前后系统的阶跃响应图） ； 5) 三种校正方法及装置的比较； 6) 总结（包括课程设计过程中的学习体会与收获、对本次课程设计的认识等内 容） 。 2 系统的分析系统的分析 2-1 原系统的分析原系统的分析 1 ( ) (1)(1) 1010

4、0 k GsK ss s 由在单位斜坡信号 ttr)( 作用下，系统的速度误差系数 1 100 sK v ； 易得开环传递函数增益 K=100; 系统的稳态误差 E(s)= )j(G1 )j(R ，当 1，r(t)=sint 时，H(j)1 所以当 1 时，由 E(s)= )j(G1 )j(R 70 1 3 )j(G1 1 70 1 即 1 时，(j)69 , 当 1 L()20lg69=36.78db 当Hz60的扰动信号，输出衰减到 250/1 即当 2f=120时，L() 250/1 )j(G1 )j(G 250/1 G(j)1/249 L()20lg1/249=47.92dB； 已知开

5、环传递函数 1 ( ) (1)(1) 10100 k GsK ss s ，用 matlab 软件画出其 bode 图 Matlab 代码如下 num=100; den=conv(0.1 1 0,0.01 1); mag,phase,w=bode(num,den); subplot(211); semilogx(w,20*log10(mag);grid subplot(212); semilogx(w,phase);grid; %gm 增益裕度 ,pm 相位裕度, wcg 相角穿越频率 ,wcp 幅值穿越频率 gm,pm,weg,wep=margin(mag,phase,w) 其 bode 图为

6、 4 经过 matab 计算得 增益裕度 gm = 1.1025 相位裕度 pm = 1.6090 相角穿越频率 weg =31.6228 幅值穿越频率 wep = 30.1165 pm 45所以系统需要校正 2-2 超前校正系统超前校正系统 为使系统的 相位裕度满足要求引入串联超前校正 在校正后系统的剪切频率 处的超前相位角为 6.166.145 0 60 故 081811.0 60sin1 60sin1 在校正后系统剪切频率处 m2c 处,校正网络的增益应为 10lg(1/)=11.44dB 5 校正后剪切频率 1 lg 4 1 weg lg 2c 4 2c /1weg=61.1 校正网络两个交