自動控制課程設(shè)計--連續(xù)定常系統(tǒng)的頻率法超前校正

1、<p>　　連續(xù)定常系統(tǒng)的頻率法超前校正</p><p><b>　　1設(shè)計目的</b></p><p>　?。?）了解串聯(lián)校正環(huán)節(jié)對控制系統(tǒng)動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能的影響；</p><p>　?。?）掌握用相頻特性和幅頻特性分析控制系統(tǒng)動態(tài)性能的方法；</p><p>　　（3）掌握串聯(lián)超前校正裝置的設(shè)計方法和參數(shù)

2、調(diào)試方法；</p><p>　　（4）掌握用仿真技術(shù)和模擬實驗驗證校正環(huán)節(jié)理論設(shè)計的正確性的方法；</p><p>　?。?）掌握設(shè)計給定系統(tǒng)超前校正環(huán)節(jié)的方法和技巧。</p><p><b>　　2題目要求</b></p><p>　　設(shè)一單位反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為： </p><p>

3、;<b>　?。?.1）</b></p><p>　　試設(shè)計一串聯(lián)超前校正裝置，使校正后的系統(tǒng)性能具有以下的性能指標：系統(tǒng)的靜態(tài)速度誤差系數(shù)，剪切頻率為，超調(diào)量。</p><p><b>　　3設(shè)計過程和步驟</b></p><p>　?。?）根據(jù)對靜態(tài)速度誤差系數(shù)的要求，確定系統(tǒng)的開環(huán)增益K：</p>&l

4、t;p><b>　?。?.1）</b></p><p>　　得系統(tǒng)開環(huán)增益為： </p><p>　　當時，未校正系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性為：</p><p><b>　　（2.2）</b></p><p>　　相頻特性和幅頻特性分別為：</p><p><b>　

5、?。?.3）</b></p><p><b>　?。?.4）</b></p><p>　?。?）繪制未校正系統(tǒng)的伯德圖，在MATLAB命令窗口輸入以下程序：</p><p><b>　　num=19;</b></p><p>　　den=[0.009 0.19 1 0];</p&g

6、t;<p>　　[mag,phase,w]=bode(num,den);</p><p>　　margin(mag,phase,w)</p><p>　　程序運行后,如圖1.1所示：</p><p>　　圖1.1 未校正系統(tǒng)的Bode圖</p><p>　　系統(tǒng)的增益裕度,相位裕度，相位交接頻率，幅值交接頻率。</p>

7、;<p>　?。?）根據(jù)校正后給定的剪切頻率，令，代入相頻特性式（2.3）得： （2.5）</p><p>　　校正裝置在處的幅值為：</p><p><b>　　（2.6）</b></p><p>　　解得： （2.

8、7）</p><p>　?。?）驗證系統(tǒng)超調(diào)量：</p><p>　　由式（2.7）得： （2.8）</p><p><b>　　又得：</b></p><p><b>　?。?.9）</b></p><p><b>　

9、?。?.10）</b></p><p>　　故校正后系統(tǒng)的超調(diào)量為：</p><p><b>　　（2.11）</b></p><p>　　所以校正后系統(tǒng)符合性能要求。</p><p>　?。?）計算超前校正網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)折頻率：</p><p>　　由于，則，，所以求得的超前校正網(wǎng)絡(luò)的傳遞

10、函數(shù)為：</p><p><b>　?。?.12）</b></p><p>　　為了補償因超前校正網(wǎng)絡(luò)的引入而造成的系統(tǒng)開環(huán)增益的衰減，必須使附加放大器的放大倍數(shù)為。</p><p>　?。?）校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：</p><p><b>　　（2.13）</b></p>&l

11、t;p><b>　　4校正結(jié)果及分析</b></p><p>　?。?）繪制校正后的系統(tǒng)伯德圖，在MATLAB命令窗口輸入以下程序：</p><p>　　num=[108.35 679.04];</p><p>　　den=[0.009 0.513 7.811 35.854 0];</p><p>　　[mag,p

12、hase,w]=bode(num,den);</p><p>　　margin(mag,phase,w)</p><p>　　程序運行后，如圖1.2所示：</p><p>　　圖1.2 校正后系統(tǒng)的Bode圖</p><p>　　系統(tǒng)的增益裕度,相位裕度，相位交接頻率，幅值交接頻率。</p><p>　?。?）校正結(jié)果

13、分析：</p><p>　　經(jīng)過加入串聯(lián)超前校正裝置，校正后系統(tǒng)的上升時間減小很多，提升了系統(tǒng)的響應(yīng)速度；校正后系統(tǒng)的超調(diào)量明顯減少了，阻尼比增大，系統(tǒng)的動態(tài)性能得到明顯的改善；系統(tǒng)的穩(wěn)定性也得到了提高。</p><p>　　5軟件仿真實驗結(jié)果及分析</p><p>　　（1）用MATLAB的SIMULINK搭建系統(tǒng)模型，進行仿真實驗。</p><

14、;p>　　搭建系統(tǒng)校正前后的框圖如圖1.3所示。</p><p>　　圖1.3 系統(tǒng)校正前后的框圖</p><p>　　系統(tǒng)校正前后的仿真單位階躍響應(yīng)如圖1.4所示。</p><p>　　圖1.4 系統(tǒng)校正前后的階躍響應(yīng)</p><p>　?。?）實驗結(jié)果分析：</p><p>　　由圖1.4可看出經(jīng)校正后的系統(tǒng)

15、調(diào)節(jié)時間大大減小，提升了系統(tǒng)的響應(yīng)速度；校正后系統(tǒng)的超調(diào)量減少，所以使阻尼比增加，動態(tài)性能得到改善。</p><p><b>　　6課程設(shè)計總結(jié)</b></p><p>　　經(jīng)過此次課程設(shè)計，我對自動控制系統(tǒng)的校正有了進一步的認識。為了保證控制系統(tǒng)具有良好的性能，滿足給定技術(shù)指標的要求，則需要在系統(tǒng)中加入校正裝置，使其能夠更完美的發(fā)揮控制作用。用頻率法校正控制系統(tǒng)，主

16、要是改變頻率特性形狀，使之具有合適的高頻、中頻、低頻特性和穩(wěn)定裕度，以得到滿意的閉環(huán)品質(zhì)。串聯(lián)超前校正裝置具有超前相位和高通濾波器的特性，它提供了微分控制功能可以改善系統(tǒng)的暫態(tài)性能，但卻使系統(tǒng)的信噪比降低。利用MATLAB控制系統(tǒng)工具箱，能夠方便，直觀地分析和比較系統(tǒng)校正前后的效果。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]滕青芳，范多