基于频率法的滞后校正理论设计

自动控制原理课程设计题目：基于频率法的滞后校正理论设计班级：自动化091班姓名：学号：指导教师：设计时间：2012.1.2—2012.1.6成绩评语：摘要随着社会的日益发展，自动控制在我们的生活中的应用已经越来越广泛。大到太空宇宙，小到生活中的出行穿戴，无所不与自动控制相关联。生活在如今这信息化、多元化、数字化的世界中，我们无所不在的感到压力。通过这次自动控制的课程设计，我们加强了对这门课的认识，并且意，识到了我们在学习中存在的盲区，使我们更加完善了自我。这将对我们以后的发展起到了深远的影响。通过自动控制原理的学习，我们知道了分析控制系统的基本方法有：时域法、根轨迹法和频率响应法。在系统结构和参数已知的条件下，采用这些分析方法就可以对控制系统进行定性的分析和定量的计算，确定系统的稳定性、稳态性能和动态性能。一般把这类分析系统性能的过程称系统的分析。对于一个给定的控制系统，通过系统分析，若稳态性能或动态性能不能满足预先规定性能指标要求时，首先考虑调整系统中可以调整的参数，如通过调整系统的参数仍无法满足要求时，则必须引入补偿装置并合适的选择补偿装置的参数，最终使系统满足性能指标。我们这个过程称为对控制系统的校正。目录一、目的............................................................1二、问题描述........................................................1三、基于频率法的滞后校正理论设计过程................................11.确定系统的开环增益K..........................................12.画出未校正系统的伯德图，并求出其相位裕量1...................13.根据题中条件，求和c.......................................14.由c处的幅值求............................................25.确定校正网络的转折频率1和2................................26.确定校正后的传递函数并绘制伯德图.............................2四、MATLAB软件仿真及程序............................................3五、思考题..........................................................4六、课程设计的心得体会...............................................4七、参考文献.........................................................5兰州交通大学课程设计1题目二连续定常系统的频率法滞后校正一、目的1.掌握用频率特性法分析自动控制系统动态特性的方法。2.研究串联滞后校正装置对系统的校正作用。3.设计给定系统的滞后校正环节，并实验验证校正环节的正确性。二、问题描述已知单位反馈控制系统的开环传递函数为：100()0.110.011oGssss设计滞后校正装置，使校正后系统满足：11100,5,%40%vcKss三、基于频率法的滞后校正理论设计1.确定系统的开环增益K由系统的开环传递函数可知其为I型系统，则系统要求的稳态误差得：1100sKK2.画出未校正系统的伯德图，并求出其相位裕量1由未校正系统的伯德图1可看出，未校正系统的相位裕量0=58.1。由于题目要求%40%，则由公式10.160.4(1)40sin,得校正后系统的相位裕量应满足72.38。3.根据题中条件，求和c即要求在该频率处的开环频率特性的相角为：32.1281168.38180180兰州交通大学课程设计2即解得m=6.03，将这一频率作为校正后系统的剪切频率c，即c=m=6.03rad/s。4.由c处的幅值求由于未校正系统在c处的幅值L(c)=23.72dB，即得：20lg=23.72dB，则=15.42。5.确定校正网络的转折频率1和2滞后校正网络的转折频率1=1/T=c/5=1.497,2=1/T=0.103,则滞后校正网络的传递函数为：sssGc708.91668.01)(6.确定校正后的传递函数并绘制伯德图系统校正后的伯德图见图2所示，系统校正后的开环传递函数为：)(sG)101.0)(11.0)(708.91()668.01(100sssss则cccarctgarctgarctg01.01.0708.9arctg0.66890180c=5.42，满足相位裕量的要求。图1未校正系统的伯德图兰州交通大学课程设计3图2校正后系统的伯德图四、MATLAB软件仿真校正前系统、校正系统、校正后系统的伯德图如图3所示图3校正前系统、校正装置、校正后系统的伯德图兰州交通大学课程设计4五、思考题1.滞后校正对改善系统性能有什么作用？什么情况下不宜采用滞后校正？答：加入超前校正环节，即主要对系统中频段进行校正，是校正后系统中频段的斜率为20dB/dec,利用其相位超前特性来增大系统的相位裕度，从而降低系统的超调量，同时增加了系统的频带宽度，是系统响应速度加快。一般而言，单系统的开环增益增大到满足其稳态性能所要求的数值时，系统有可能不稳定，或者即使稳定，其动态性能不能满足要求。在这种情况下，需要在系统的前向通道中加入一个超前校正装置，以实现在开环增益不变的前提下，系统的动态性能也能满足设计的要求。有两种情况不宜采用超前装置，第一：当控制系统具有良好的动态性能，而其稳态误差较大时应对系统进行滞后校正，不能使用超前校正；第二，当未校正系统的相频特性曲线在剪切频率附近急剧下降，即使超前网络的值取得很小，系统的相角裕度不能达到要求，致使超前校正无法满足要求，此时，应用滞后校正系统。2.有否其他形式的校正方案？参数如何？怎样模拟？可以自己拟订校正方案，分别通过仿真和实验加以验证。答：还有其他的校正方案，比如：滞后校正，滞后--超前校正等。滞后校正的参数主要是对最大滞后角m是否位于T1与T1的几何中心m处。滞后校正可以看作是一个低通滤波器，它对低频信号基本没有衰减作用，但可以削弱高频噪声；改善暂态性能时，主要利用其高频幅值衰减特性。3.滞后校正的原理是什么？答：利用频率法对系统进行滞后校正的基本原理，是利用滞后校正网络的相位滞后特性来增大系统的开环增益，以达到改善系统稳态性能的目的。为此，要求校正网络最大的相位超前角出现在系统的剪切频率处。六、课程设计的体会首先，通过这次做自动控制原理的课程设计，我对控制系统的校正和这门专业课有了更深的理解。我觉得我最大的收获是在做设计的过程中，通过对一些问题的分析和计算，我的动手能力有了很大的提高，同时也掌握了不少工程中的计算方法，为以后的课程设计奠定了良好的基础。其次，通过这次课设，我熟练的掌握了MATLAB软件的使用方法，并且实现了对控制系统的分析和仿真。由于我们对课程设计的格式要求本着严谨的态度，认真负责，感触颇多。当我们刚拿到设计题目时，没有一点头绪，不知从何下手，通过认真分析和参考一些资料，对我分析问题的能力有了很大的提高。最后，在设计过程中，我们积累了许多经验，也发现了许多自己的不足。作为一名自动化专业的大学生，自动控制原理的兰州交通大学课程设计5课程设计是很有意义的，也是必要的。通过这次的课程设计的练习，我们不仅对理论知识理解更深，而且在实践上面也得到锻炼。七、参考文献滕青芳.自动控制原理[M].北京：人民邮电出版社，2008楼顺天.基于MATLAB的系统分析与设计[M].北京：西安电子科技大学出版社，1998胡寿松.自动控制原理（第四版）[M].北京：科学出版社，2001