1、自動控制原理課程設計 專業:自動化班級:動1101姓名:孫海文學號:201108537指導教師:李軍蘭州交通大學自動化與電氣工程學院2013年12月25日連續定常系統的頻率法遲后校正1 設計目的(1 了解串聯校正環節對控制系統動態性能和穩態性能的影響; (2 掌握用相頻特性和幅頻特性分析控制系統動態性能的方法; (3 掌握串聯遲后校正裝置的設計方法和參數調試方法;(4 掌握用仿真技術和模擬實驗驗證校正環節理論設計的正確性的方法;2 問題描述設開環傳遞函數為5.01(1(0s s s Ks G +=試用串聯遲后校正,使系統具有以下性能指標:K v 5s 1-,20lgK g dB 10,o 40

2、 。(1 調整開環增益K ,使之滿足靜態速度誤差系數的要求。(1055.011lim-=+=s K s s s sKK s v(2 增益調整后系統的開環頻率特性為(j j j j G 5.0115+=(3 對數幅頻特性和對數相頻特性分別為(125.015lg2022+=L(5.0t a nt a n 90-11-= (4 繪制未校正系統的伯德圖,在MATLAB 命令窗口輸入以下程序: num=5; den=0.5,1.5,1,0; mag,phase,w=bode(num,den; margin(mag,phase,w;未校正系統的伯德圖如圖1所示。 M a g n i t u d e (d

3、B 10 10101010P h a s e (d e g Bode DiagramGm = -4.44 dB (at 1.41 rad/s , P m = -12.9 deg (at 1.8 rad/sFrequency (rad/s圖1 未校正系統的伯德圖由圖可見,未校正系統的相位裕度約等于Pm=-12.9o 0,相位剪切頻率為1.8rad/s ,增益裕度Gm=-4.44dB num=50,5; den=50,150.5,101.5,1,0; mag,phase,w=bode(num,den; margin(mag,phase,w;校正后的系統伯德圖如圖2所示。-150-100-50050

4、 100M a g n i t u d e (d B 10-410-310-210-110101102P h a s e (d e g Bode DiagramGm = 14.3 dB (at 1.31 rad/s , P m = 41.3 deg (at 0.453 rad/sFrequency (rad/s圖2 校正后的系統伯德圖由圖可見,校正后系統的相位裕度約等于Pm=41.3o ,相位剪切頻率為0.453rad/s ,增益裕度Gm=14.3dB ,增益剪切頻率1.31rad/s 。這表明校正后的系統是穩定的。(5 校正結果分析:對系統進行遲后校正后,系統既保持原有的動態性能,又使系統的

5、開環增益有較大幅度的增加,均已滿足設計的要求,起到了低通濾波器的作用,積分作用,相位也延遲了,總之,穩態性能大大改善。4 軟件仿真實驗結果(1 校正后系統的搭建框圖如圖3所示。 圖3 校正后系統的搭建框圖(2 未校正系統的單位階躍響應截圖如圖4所示。 圖4 未校正系統的單位階躍響應截圖(3 校正后系統的搭建框圖如圖5所示。 圖5 校正后系統的搭建框圖(4 校正系統的單位階躍響應截圖如圖6所示。自動控制原理課程設計報告 圖 6 校正系統的單位階躍響應截圖 5 實驗結果分析 系統經遲后校正后，穩態性能大大改善，但是系統的動態性能沒有得到很大 改善，需要對系統進行超前校正。我們知道相位裕度和增益裕度增加，會導致系 統動態性能改善，穩態性能下降，要想改善穩態性能就得增加串聯積分環節的個 數和增大開環放大系數 K 的值，所以，要想使系統動態性能和穩態性能都得到改 善，就得對系統進行超前和遲后校正，得到最優性能。 6 總結 通過這次自動控制課程設計 ，對系統遲后校正方法有了更深的了解。歷時兩 周的課程設計讓我學了不少東西：對自控原理有了較深了解，學會了通過圖表對 系統的描述與調節，對 MATLAB 軟件的應用能力也得到了加強，提高了我的實踐