自动控制原理课程设计

自动控制原理课程设计

班级： 姓名： 学号： 指导教师： 设计时间：

评语评语： 成绩

目录

一 设计目的......................................................... 3 二 设计过程：....................................................... 3 三．仿真实现........................................................ 5 四．电路模拟实现原理................................................ 7 五．思考............................................................ 8 六.心得体会......................................................... 9 七．参考文献........................................................ 9

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题目一 连续定常系统的频率法超前校正

一 设计目的

（1） 了解串联超前校正环节对系统稳定性及过渡过程的影响； （2） 掌握用频率特性法分析自动控制系统动态特性的方法； （3） 掌握串联超前校正装置的设计方法和参数调试技术；

（4） 掌握设计给定系统超前校正环节的方法，并用仿真技术验证校正环节理论设计的正确性。

（5） 掌握设计给定系统超前校正环节的方法，并模拟实验验证校正环节理论设计的正确性。 1．

内容

100

s0.1s10.01s1已知单位反馈控制系统的开环传递函数为：

Go(s)设计超前校正装置，使校正后系统满足：

Kv100s1:c50s1:%40%;

二 设计过程：

（1）根据稳态误差的要求，确定系统的开环增益K

KvlimsG(s)limss0s0K100

s(0.1s1)(0.01s1)解得k100

（2）由于开环增益k100,则未校正系统的伯德图如下： 程序：

num=100000; den=[1,110,1000,0];

[mag,phase,w]=bode(num,den); margin(mag,phase,w);

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图1.1未校正系统的伯德图

由图中可以看出相位裕量角为1.58°。 （3） 谐振峰值为Mr%0.160.411.35

1)47.7 Mr（4） 给定系统的相位裕量值arcsin(超前装置提供的相位超前量，m147.71.581056.15 （5）根据所确定的最大相位超前角m，按下式计算相应的

1sinm0.09

1sinm1（6）计算校正装置在wm处的幅值10lg求得其幅值为10lg1。由于校正系统的对数幅频特性图，

处的频率，该频率m就是校正后系统的开环剪切频率wc，

即cm57.54

（7）确定校正网络的转折频率w1和w2；

11m57.540.0917.22 T157.542m191.8

T0.09 超前校正装置的传递函数为：

Gc(s)1Ts0.058s1

1Ts0.00522s1 校正后的传递函数为：

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G(S)100(0.058S1)(0.1S1)(0.01S1)(0.00522S1)

三．仿真实现

（1）校正前的系统框图为：

图1.2校正前的系统框图

（2）校正前、后系统的仿真结果为：

图1.3校正前、后Matlab/simulink的系统仿真结果

（3）超前校正网络的程序及伯德图

程序：

Gc=tf([0.058 1],[0.00552 1]); bode(Gc)

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margin(Gc)

图1.4超前校正网络的伯德图

（4）校正后的伯德图程序及伯德图为

程序：

>> num=100000; den=[1,110,1000,0];

[mag,phase,w]=bode(num,den); margin(mag,phase,w); >> hold on

>> G=zpk([-17.22],[0 -10 -100 -191.8],1111100); >> bode(G)

margin(G)

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图1.5校正前、后系统的伯德图

四．电路模拟实现原理

图1.6超前校正前系统的模拟原理图

图1.7超前校正前系统的模拟原理结果图

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图1.8超前校正后系统的模拟原理图

图1.9超前校正后系统的模拟原理结果图

五．思考

(1)超前校正对改善系统性能有什么作用？什么情况下不宜采用超前校正？ 答：超前校正是通过其相位超前特性来改善系统的品质；超前校正增大了系统的相位裕量和截止频率（剪切频率），从而减小瞬态响应的超调量，提高其快速性；超前校正对提高稳态精度作用不大；超前校正适用于稳态精度已经满足、但瞬态性能不满足要求的系统。

当未校正系统的相角在所需剪切频率附近向负相角方面急剧减小时，采用串联校正环节效果不大；或者当需要超前相角的数量很大时，超前校正的网络的系数α值需选择很小，从而使系统的带宽过大高频噪声能顺利通过系统。以上两种情况不宜采用串联超前校正。

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（2）是否有其他形式的校正方案？

答：校正装置的连接方式：(1)串联校正；(2)反馈校正。

其中串联校正又包括串联超前校正、串联滞后校正和串联超前滞后校正。 （3）分析校正前后系统的阶跃响应和Bode图，说明校正装置对系统性能的作用。

答：增加开环频率特性在剪切频率附近的正相角，从而提高了系统的相角裕度；减小对数幅频特性在幅值穿越频率上的负斜率，从而提高了系统的稳定性；提高了系统的频带宽度，从而提高了系统的响应速度； 不影响系统的稳态性能。但若原系统不稳定或稳定裕量很小且开环相频特性曲线在幅值穿越频率附近有较大的负斜率时，不宜采用相位超前校正；因为随着幅值穿越频率的增加，原系统负相角增加的速度将超过超前校正装置正相角增加的速度，超前网络就起不到补偿滞后相角的作用了。

六.心得体会

课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。

在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我终身受益。

七．参考文献

[1] 滕青芳，范多旺，董海鹰，路小娟.自动控制原理[M].北京：人民邮电出

版 社.2008

[2] 楼顺天.基于MATLAB的系统分析与设计—控制系统.西安：国防科技大

学出版社，1998

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