自动控制原理课程设计.docx
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自动控制原理课程设计
二O—五〜二O—六学年第一学期
信息科学与工程学院
课程设计报告书
课程名称：
自动控制原理课程设计
班级：
自动化1301
学号：
201304134040
姓名：
李越
指导教师：
吴怀宇
二O—五年十二月
、题目、任务及要求
题目：
已知单位反馈I型系统原有部分的开环传递函数为:
Go⑸悬'用Bode图设计方法对系统进行超前串联校正设计。
任务：
用Bode图设计方法对系统进行超前串联校正设计，使系统满足动态及静态性指标。
如：
（1）在单位斜坡信号r（t）t作用下，系统的速度误差系数
kv20s1；
（2）系统校正后，相位欲度50o；（3）系统校正后，增益裕量GM>10dB
、设计思路
相位超前校正装置可以用如图所示的网络实现，它是由无源阻容元件组成的，设网络输
入信号源的内阻为零，输出端的负载阻抗为无穷大，则此相位超前校正装置的传递函数为
•C
R1
由于1,所以校正网络正弦输出信号的相位超前于输入信号，或者说具有正的相角特性，它反映了输出信号包含有输入对时间的微分量。
在选择的数值时，需要考虑的是
系统高频噪声。
超前校正网络是一个高通滤波器，而噪声的一个重要特点是其频率要高于控
制信号的频率，值过小对抑制系统的噪声不利。
为保证较高的系统信噪比，实际中一般
选用的不小于0.07。
超前校正的基本原理是利用超前校正网络的相角超前特性去增大系统的相角裕度，以改
善系统的暂态响应。
因此，在设计校正装置时，应使最大的超前相位角可能出现在校正后系统的剪切频率处。
三、详细设计过程
（1）系统校正前各项参数
开环幅频特性：
Aw
4
w、.4w2
开环相频特性：
（w）
90arctanw
2
由剪切频率的性质可得Lwc0即LWc20logA（Wc）0可算得
Wc=2.522.47
由于（w）90arctanj那么当W为无穷大时，相角才可能为180
所以没有相角穿越频率。
同样没有增益裕量
相位裕度为180+（Wc）51
运行图如下
mp）apa&Ez
oo
（S*E①s5a
MATLAB求得幅值穿越频率为1.5723相位裕度为
Inf
Inf
51.82„
51.82度
Q
5
g?
cc
ww由l,2l「w
51,8273
nf
滞后超前校正既可以有效的提咼阻尼程度和响应速度，有可大幅度的增加其开环增益，从而双双提高控制系统的动态和稳态控制质量由题目要求可知没有增益裕度，所以应该采用相位超前校正，
相位校正装置的一般公式为GtsKt1TS
1Ts
GtsG0s戸牟仃kv20s1
所以传递函数为t0已知V
Kv
（1）
KTs1
lims—
s0s
s21Ts1其中K=Kt*2,v=1求得Kt大于等于10
所以kt取12
更改参数系数后可得相角裕度为16.45度
田pm16.450716,45.7
（2）00
为给定的相角裕度即50而为（15-20）是考虑校正系统影响剪切频率而留出的裕度0050
令超前校正装置的最大超前角为m0，并按下式计算网络的系数值
1
（）将校正网络在m处增益定为10©_8.79
1
10lg—
同时确定未校正系统bode曲线上增益为处的频率，即
为校正后系统的剪切频率wc2=wm=11.4
W仁4.14W2=31.37
为补偿超前校正网络衰减的开环增益，放大被数需要再提高倍
经过校正后，系统开环传递函数为
G（s）G（c）G（0）
s
292
17.96
G（s）=
12（市
（31.37
1）联的超前校正装置串
串联超前装置的bode图
40
BodeDiagrann
3630圧
mp）Wpn-E詩芝
oo
26
（B-s）
串联结构校正图为
R（s）
4
s（s2）
C（S）
12（4S141）
（31S371）
校正后的bode图为
«0.006&11-415"
其中gm为增益裕度，pm为相位裕度，wep为相位穿越频率，weg为幅值穿越频率,
MATBALE编程图
+扁辑器-E:
\matlab3\bodetu.mb*d6tu.rri-+
1-hl=tf（JC1LLO.&.1]）;
2-h2=tf（£24],
3-h3-tf（[1/4.14/1LLl/3k37,U）:
4-h=hl*h2*h3
5—_rLUJi,den]^tfdata（h）:
6—sys^Tf（nun,denJ;
:
—w=logspaee（-1T2?
100）；
3-bode（sys,w）:
eiid:
9一_gi,pa,WGp,Tcg_=[iargin.（3y5）.
10-:
11—rGmdlispa,wcp,veg*
12
四，总结
从本次实验收获了一些关于控制系统的校正和设计方面的内容，，
不仅温习了Matlab编程方法，对自动控制理论中的一些结论也有了更深的体会。
对于我校正的这个系统，它的相位裕度满足要求，但是他的速度误差系数不满足要求，经过方案的讨论后，单独的超前就能满足要求，此次的课程设计主要是考察用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计，通过课程设计，使我进一步明白了超前校正的作用。
对于超前校正系统，可以增加开环频率特性在剪切频率附近的正相角，可提高系统的相角裕度；减小对数幅频特性在幅值穿越频率上的负斜率，提高系统的稳定性；提高了系统的频带宽度，可提高系统的响应速度。
通过本次课程设计，巩固了对课本知识点的学习，同时加强了MATLAB编程在控制系统中的应用。
在对于查看各种信息如剪切频率，幅度穿越频率时学会了使用图像来观察，更加简洁和清楚。
总之学到的很多，更生刻地了解了系统的矫正过程。
（1）系统校正分析
（2）首先对串联校正三种方式进行说明超前校正是利用超前矫正网络的相角超前特性去增大系统的相角裕度以改善系统的暂态响应，在设校正装置时，应该使最大超前相位角尽可能出现在校正后系统的剪切频率处。
滞后校正的作用是1,提高系统低频响应的增益，减小系统的稳态误差，同时基本保持系统的暂态性能不变2，滞后校正装置的低通滤波器的特性将是高频响应的增益衰减，降低系统的剪切频率，提高系统的相角稳定裕度，以改善一同的稳定性和某些暂态性能
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