用MATLAB进行控制系统超前校正设计

学号：0121111360232课程设计题目用MATLAB进行控制系统的超前校正设计学院自动化学院专业自动化班级自动化11班姓名指导教师谭思云2013年12月25日武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书课程设计任务书学生姓名：刘嘉雯专业班级：自动化1102班指导教师：谭思云工作单位：自动化学院题目:用MATLAB进行控制系统的超前校正设计。初始条件：已知一单位反馈系统的开环传递函数是)3.01)(1.01()(sssKsG要求系统的静态速度误差系数456v，K。要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、用MATLAB作出满足初始条件的K值的系统伯德图，计算系统的幅值裕度和相位裕度。2、在系统前向通路中插入一相位超前校正，确定校正网络的传递函数，并用MATLAB进行验证。3、用MATLAB画出未校正和已校正系统的根轨迹。4、课程设计说明书中要求写清楚计算分析的过程，列出MATLAB程序和MATLAB输出。说明书的格式按照教务处标准书写。时间安排：1、课程设计任务书的布置，讲解（半天）2、根据任务书的要求进行设计构思。（半天）3、熟悉MATLAB中的相关工具（一天）4、系统设计与仿真分析。（三天）5、撰写说明书。（二天）6、课程设计答辩（半天）指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书目录摘要.........................................................................................................................................11课程设计目的......................................................................................................................22设计条件及任务要求..........................................................................................................22.1设计条件...................................................................................................................22.2设计任务要求...........................................................................................................23设计基本原理......................................................................................................................33.1超前校正...................................................................................................................33.2根轨迹法...................................................................................................................54设计过程..............................................................................................................................64.1基本思路及步骤.......................................................................................................64.2校正前系统分析.......................................................................................................74.2.1开环增益........................................................................................................74.2.2相位裕度和幅值裕度....................................................................................74.2.3伯德图............................................................................................................84.2.4根轨迹..........................................................................................................104.3超前校正系统设计.................................................................................................104.3.1理论分析.....................................................................................................104.3.2参数计算......................................................................................................124.3.3编程设计......................................................................................................124.4校正后系统分析.....................................................................................................134.4.1伯德图..........................................................................................................134.4.2根轨迹..........................................................................................................145结果对比与分析................................................................................................................155.1校正前后阶跃响应曲线.........................................................................................155.2结果分析.................................................................................................................166总结....................................................................................................................................17参考文献.......................................................................................................................................18武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书1摘要在自动控制理论中，超前校正是相当重要的一环，对于系统的优化有很重要的意义。用MATLAB进行控制系统的超前校正设计是对所学的自动控制原理的初步运用。本课程设计先针对校正前系统的稳定性能，用MATLAB画出其根轨迹及伯德图进行分析，是否达到系统的要求，然后对校正装置进行参数的计算和选择，串联适当的超前校正装置。最后通过阶跃响应曲线对比前后系统，论证校正后的系统是否达到要求。关键字：超前校正MATLAB伯德图根轨迹武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书2用MATLAB进行控制系统的超前校正设计1课程设计目的本次课程设计通过让学生自主设计控制系统，进一步加深对自动控制原理基本知识的掌握和认识，更深入地研究相关理论。并通过对系统的分析和设计，提高实际动手能力。使用MATLAB软件，学习利用根轨迹及伯德图等对系统进行分析。旨在培养学生的系统分析能力、设计能力及编程能力，巩固理论所学。2设计条件及任务要求2.1设计条件初始条件如下：已知一单位反馈系统的开环传递函数是)3.01)(1.01()(sssKsG要求系统的静态速度误差系数6vK，45。2.2设计任务要求（1）用MATLAB作出满足初始条件的K值的系统伯德图，计算系统的幅值裕度和相位裕度。（2）在系统前向通路中插入一相位超前校正，确定校正网络的传递函数，并用MATLAB进行验证。（3）用MATLAB画出未校正和已校正系统的根轨迹。（4）课程设计说明书中要求写清楚计算分析的过程，列出MATLAB程序和MATLAB输出。说明书的格式按照教务处标准书写。武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书33设计基本原理3.1超前校正超前校正的基本原理就是利用超前相角补偿系统的滞后相角，改善系统的动态性能，增加相位裕度，提高系统的稳定性。超前校正利用超前网络或PD控制器进行串联校正，在前向通道中串联传递函数为：sGc=ss11，1其中参数、为可调，如图3-1所示。图3-1超前校正装置结构图超前校正装置的伯德图如图3-2所示。图3-2超前校正网络的伯德图超前校正的目的是改善系统的动态性能，实现在系统静态性能不受损的前提下，提高系统的动态性能。通过加入超前校正环节，利用其相位超前特性来增大系统的相位裕度，改变系统的开环频率特性，提高其稳定性。一般使校正环节的最大相位超前角出现在系统武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书4新的穿越频率点。如图3-3所示，典型的无源超前装置由阻容元件组成。装置的传递函数为1()1caTsaGsTs（1）式中1221RRaR1212RRTCRR通常a为分度系数，T叫时间常数，由式（1）可知，采用无源超前网络进行串联校正时，整个系统的开环增益要下降