计算机控制课程设计--超前校正控制器设计

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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: 超前校正控制器设计 姓名: 学号: 2015 年 6 月 12 日 1/29 计算机控制课程设计任务书 学 号 班 级 学 生 指导教师 题 目 超前校正控制器设计 设计时间 2014 年 6 月 5 日 至 2014 年 6 月 12 日 共 1 周 设计要求 设计任务： 设单位反馈系统的开环传递函数为 )15.0( )( 0 ss K sG， 采 用模拟设计法设计超前校正数字控制器， 使校正后的系统满 足如下指标：(1) 速度误差20Kv；(2) 相角裕度 o 50; (3) 幅值裕度10KgdB。 方案设计： 1. 完成控制系统的分

2、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： 2015 年 6 月 5 日 2/29 1.1. 控制系统的分析

3、和设计控制系统的分析和设计 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 )15.0( )( 0 ss K sG ， 采用模拟设计法 设计超前校正数字控制器， 使校正后的系统满足如下指标： (1) 速度误差 20Kv ； (2) 相角裕度 o 50 ; (3) 幅值裕度 10Kg dB。 1.21.2 系统分析系统分析 （1）首先调整增益 K 使系统的稳态误差满足要求，即系统应首先满足速度误差 系数的要求，为使系统满足速度误差系数的要求可得： 0 lim20 (0.51) S K K v ss （1） 故可求得： 20KKv （2） （2）用 matlab 画出未校正前系统的

4、 bode 图 (2.1)matlab 程序如下： numl=0 0 20; denl=0.5 1 0; G=tf(numl,denl); W=logspace(-1,2,200); bode(G,W) margin(G); Gm,Pm,Wcg,Wcp=margin(G); Gm,Pm,Wcg,Wcp （2.2）程序运行结果： Untitled1 ans = 3/29 Inf 17.9642 Inf 6.1685 （2.3）bode 图为： 图 1 未校前正系统的 bode 图 （2.4）系统性能分析及校正方法选择： 由仿真结果知：当系统的速度误差系数满足要求时，系统的幅值裕度为无穷 大， 故

5、幅值裕度满足要求； 而系统的相角裕度为 17.9642， 小于要求值 50， 因此， 需要串联一个超前环节来对系统进行校正，即采用串联超前校正。 1.31.3 模拟控制器设计模拟控制器设计 （1） 、确定剪切频率 c : 由未校正系统的 bode 图可得： -50 0 50 Magnitude (dB) 10 -1 10 0 10 1 10 2 -180 -135 -90 Phase (deg) Bode Diagram Gm = Inf dB (at Inf rad/s) , Pm = 18 deg (at 6.17 rad/s) Frequency (rad/s) 4/29 20 lg20=20lg2+4lg 2 w c （3） 从而求得： 02106.32/ c rads （4） 进而可得相角裕度为： 018090arctan(0 *)90arctan(0.5 * 210 )17.6rw cT。 （5） （2） 、由分析知系统应引进相位超前校正网络，故设控制器的传递函数为 1 ( ) 1 TS G c s S (1)。 （6） （ 3 ）、 计 算 所 需 的 相 角 超 前 量m， 由 题 意 知 : 05017.65.638mrr。 （7） （4） 、根据38m可以确定系数: 1sin1sin 38 0.24 1sin1sin 38 m m 。