串聯(lián)超前校正裝置的設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)123

1、1學(xué) 號(hào) （自動(dòng)控制原理課程設(shè)計(jì)）設(shè)計(jì)說(shuō)明書 串聯(lián)超前矯正裝置的設(shè)計(jì) 起止日期： 2015 年 7 月 06 日 至 2014 年 7 月 10 日 學(xué)生姓名班級(jí) 成績(jī) 指導(dǎo)教師 (簽字 ) 控制與機(jī)械工程學(xué)院控制與機(jī)械工程學(xué)院2015 年年 7 月月 5 日日2天津城建大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書2014 2015 學(xué)年第學(xué)年第 2 學(xué)期學(xué)期控制與機(jī)械工程 學(xué)院 建筑電氣與智能化 專業(yè) 智能化 12-4 班級(jí)課程設(shè)計(jì)名稱： 自動(dòng)控制原理課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)題目： 串聯(lián)超前校正裝置的設(shè)計(jì) 完成期限：自 2015 年 7 月 6 日至 2015 年 7 月 10 日共 1 周設(shè)計(jì)依據(jù)、要求及主要內(nèi)容：設(shè)單位反饋

2、系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：) 1(15)(sssG要求校正后系統(tǒng)相角裕度，截止頻率，試設(shè)計(jì)串聯(lián)超45sradc/5 . 7前校正裝置。基本要求：基本要求：1、對(duì)原系統(tǒng)進(jìn)行分析，繪制原系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線，2、繪制原系統(tǒng)的 Bode 圖，確定原系統(tǒng)的幅值裕度和相角裕度。3、繪制原系統(tǒng)的 Nyquist 曲線。4、繪制原系統(tǒng)的根軌跡。5、設(shè)計(jì)校正裝置，繪制校正裝置的 Bode 圖。6、繪制校正后系統(tǒng)的 Bode 圖、確定校正后系統(tǒng)的幅值裕度和相角裕度。7、繪制校正后系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線。8、繪制校正后系統(tǒng)的 Nyquist 曲線。9、繪制校正后系統(tǒng)的根軌跡。指導(dǎo)教師 （簽字）： 系（教研室）主任（

3、簽字）： 批準(zhǔn)日期：2015 年 7 月 5 日3目錄目錄一、緒論一、緒論.1二、原系統(tǒng)分析二、原系統(tǒng)分析.12.12.1 原系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線原系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線.12.22.2 原系統(tǒng)的原系統(tǒng)的 BodeBode 圖圖.22.32.3 原系統(tǒng)的原系統(tǒng)的 NyquistNyquist 曲線曲線.32.42.4 原系統(tǒng)的根軌跡原系統(tǒng)的根軌跡.3三、校正裝置設(shè)計(jì)三、校正裝置設(shè)計(jì).43.13.1 校正裝置參數(shù)的確定校正裝置參數(shù)的確定.43.23.2 校正裝置的校正裝置的 bodebode 圖圖.5四、校正后系統(tǒng)的分析四、校正后系統(tǒng)的分析.54.14.1 校正后系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線校正后系

4、統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線.54.24.2 校正后系統(tǒng)的校正后系統(tǒng)的 BodeBode 圖圖.54.34.3 校正后系統(tǒng)的校正后系統(tǒng)的 NYQUISTNYQUIST 曲線曲線 .54.44.4 校正后系統(tǒng)的根軌跡校正后系統(tǒng)的根軌跡 .6五、總結(jié)五、總結(jié).6六、參考文獻(xiàn)六、參考文獻(xiàn) .6七、附圖七、附圖.74一、緒論概述超前或滯后校正的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍串聯(lián)超前校正的基本原理：利用超前網(wǎng)絡(luò)的相角超前特性。只要正確的將超前網(wǎng)絡(luò)的交接頻率 1/aT 和 1/T 選擇在帶校正系統(tǒng)截止頻率的兩旁，并適當(dāng)選取參數(shù) a 和 T,就可以校正系統(tǒng)的截止頻率和相角裕度滿足性能指標(biāo)的要求，從而改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。 串聯(lián)超前

5、校正的優(yōu)點(diǎn)：保證低頻段滿足穩(wěn)態(tài)誤差，改善中頻段，使截止頻率增大，相角裕度變大，動(dòng)態(tài)性能提高，高頻段提高使其抗噪聲干擾能力降低。 有些情況下采用串聯(lián)超前校正是無(wú)效的，它受到以下兩個(gè)因素的限制：1. 閉環(huán)寬帶要求。若待校正系統(tǒng)不穩(wěn)定的話，為了得到規(guī)定的相角裕度，需要超前網(wǎng)絡(luò)提供很大的相角超前量。這樣的話，超前網(wǎng)絡(luò)的 a 值必須選取的很大，從而造成已校正系統(tǒng)帶寬過大，使得通過系統(tǒng)的高頻噪聲電平很高，很可能使系統(tǒng)失控。2. 在截至頻率附近相角迅速減小的待校正系統(tǒng)，一般不宜采用串聯(lián)超前校正。因?yàn)殡S著截止頻率的增大，待校正系統(tǒng)相角迅速減小，使已校正系統(tǒng)的相角裕度改善不大，很難得到足夠的相角超前量，在一般情

6、況下，產(chǎn)生這種相角迅速減小的原因是，在待校正系統(tǒng)的截止頻率附近，或有交接頻率彼此靠近的慣性環(huán)節(jié)；或由兩個(gè)交接頻率彼此相等的慣性環(huán)節(jié)；或有一個(gè)震蕩環(huán)節(jié)。二、原系統(tǒng)分析二、原系統(tǒng)分析2.1 原系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線原系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)，所以單位反饋系統(tǒng)的 (s)=C(S) 1(15)(sssG/R(s),R(S)=1/s,所以 ,經(jīng)過拉斯反變換得到 C（t）的圖像，應(yīng))1(15)(ssC用 Matlab 可繪制出開環(huán)系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線見圖一，由圖可得相角裕度，截止頻率，不滿足條件，所以用串聯(lián)超前矯正裝7.14srad/81.3置的設(shè)計(jì)。由圖可得 ts=3s；ess=0，

7、tp=1s校正前單位階躍響應(yīng)MATLAB 程序如下：num=15;den=1 1 0;5sys=tf(num,den);sys1=feedback(sys,1);t=0:0.1:45;step(sys1,t)hold ongridhold off2.2 原系統(tǒng)的原系統(tǒng)的 Bode 圖圖a 確定各交接頻率 及斜率變化值最小相位慣性環(huán)節(jié)：1=1， 斜率減小 20db/dec;最小交接頻率： 1=1b 繪制頻段（min）漸進(jìn)特性曲線。有 20（20/w）講 w=0.1 帶入，得知過點(diǎn)（1,20200），斜率為-20de/dec.C 繪制頻段(min)漸進(jìn)特性曲線 0.11, k=-20db/dec

8、1, k=-40db/decd 計(jì)算相角裕度=1 有=3.81vcc11522c所以=180-90-arctan=15ce 計(jì)算幅值裕度-arctan-90=-180 x有 x=rad/s所以 h=)(1xA num=15;den=1 1 0;sys=tf(num,den);6margin(sys)hold ongridhold off2.3 原系統(tǒng)的原系統(tǒng)的 Nyquist 曲線曲線A 起點(diǎn) A（0+）= （0+）=-90B 終點(diǎn) A（）=0 （）=-180MATLAB 程序如下：G=tf(15,1 1 0); nyquist(G);2.4 原系統(tǒng)的根軌跡原系統(tǒng)的根軌跡原根軌跡的標(biāo)準(zhǔn)式如下)

9、 1(15)(sssGa 實(shí)軸上的根軌跡為-1,0 N-M=2;所以有 2 條分支線b 分離點(diǎn)分離點(diǎn)坐標(biāo) 有 d=-0.50111ddc 漸近線交點(diǎn)= 2110MN交角= 有 k=0 ,； MNk ) 12(23, 12；k與虛軸的交點(diǎn)講（0，j）帶入特征方程有 j+（15- ）=0 =3.872所以交點(diǎn)為（0，3.87）num=15;den=1 1 0;sys=tf(num,den);rlocus(sys)hold on7plot(0,0)gtext(0)plot(-1,0)gtext(-1)hold off三、校正裝置設(shè)計(jì)三、校正裝置設(shè)計(jì)3.1 校正裝置參數(shù)的確定校正裝置參數(shù)的確定= -

10、原+ (512)這里取 6=45-15+6=36有 a=（1+sin）/（1-sin）=3.9087根據(jù) L（c）+10lg(a)=0有 c=5.4根據(jù)公式 c=m=得出 T=0.0937aT1有 aGc(s)= 11TsaTs10937. 01366. 0ss為了補(bǔ)償無(wú)源超前網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的增益衰減，放大器的增益要提高 a 倍，否則不可以保證穩(wěn)態(tài)誤差要求。所以校正后的系統(tǒng)傳遞函數(shù)為 G（s）=ssss)1)(10937.0()1366.0(15相角裕度 y =180-90+arctan0.366c-arctan0.0937c-arctanc將 wc=5.4 帶入得出 y=46.8題目要求的是45所

11、以符合條件！所以 aGc(s)= a=3.9087 T=0.093711TsaTs10937. 01366. 0ss3.2 校正裝置的校正裝置的 Bode 圖圖num=0.373 1;den=0.0937 1;sys=tf(num,den);bode(sys)grid8四、校正后系統(tǒng)的分析四、校正后系統(tǒng)的分析4.1 校正后系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線校正后系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 G（s）=，所以單位反饋系ssss) 1)(10937. 0() 1366. 0(20統(tǒng)的 (S)=C(S)/R(S),R(S)=1/S,所以 C（S）= ,經(jīng)過拉) 1)(10937. 0()

12、1366. 0(202ssss斯反變換得到 C（t）的圖像即為圖六 num=15;den=1 1 0;sys1=tf(num,den);num1=0.366 1;den1=0.0937 1;sys2=tf(num1,den1);sys3=sys1*sys2;sys4=feedback(sys3 ,1);t=0:0.1:6;step(sys4,t)4.2 校正后系統(tǒng)的校正后系統(tǒng)的 Bode 圖圖a 確定各交接頻率 w 及斜率變化值最小相位慣性環(huán)節(jié)：1=1， 斜率減小 20db/dec;最小相位慣性環(huán)節(jié)：2=1/0.0937=10.67 斜率減小 20db/dec;最小相位一階微分環(huán)節(jié)：3=1/0

13、.366=2.73 斜率增加 20db/dec；最小交接頻率：1=1b 繪制頻段（WWmin）漸進(jìn)特性曲線。有 20（20/）講 =0.1 帶入，得知過點(diǎn)（0.1,20200），斜率為-20de/dec.C 繪制頻段(WWmin)漸進(jìn)特性曲線 0.11, k=-20db/dec 12.73, k=-40db/dec 2.73w10.47 k=-20db/dec910.47 k=-40db/decd 計(jì)算相角裕度=1 有 c=5.4；所以 y=180-90-1)0937.0(11)366.0(202222ccccarctanc-arctan0.0937c+arctan -arctan0.0693

14、c=45.8c366.0e 計(jì)算幅值裕度arctan0.366x-arctan0.0937x-arctanx-90=-180有 x=1000rad/s所以 h=12800546.45)(1xA MATLAB 程序如下num=15;den=1 1 0;sys1=tf(num,den);num1=0.366 1;den1=0.0937 1;sys2=tf(num1,den1);sys3=sys1*sys2;margin(sys3)grid4.3 校正后系統(tǒng)的校正后系統(tǒng)的 Nyquist 曲線曲線A 起點(diǎn) A（0+）= （0+）=-90B 終點(diǎn) A（）=0 （）=-180MATLAB 程序如下：nu

15、m=15;den=1 1 0;sys1=tf(num,den);num1=0.373 1;den1=0.0937 1;sys2=tf(num1,den1);sys3=sys1*sys2;10nyquist(sys3)hold onplot(-1,0,o)gtext(-1)hold off4.4 校正后系統(tǒng)的根軌跡校正后系統(tǒng)的根軌跡原根軌跡的標(biāo)準(zhǔn)式如下)67.10)(1()73. 2(2 .78ssssa 實(shí)軸上的根軌跡為（-, -10.67 ;-1,0; N-M=2;所以有 2 條分支線b 分離點(diǎn)分離點(diǎn)坐標(biāo) 有 d=-0.5573. 2167.101111ddddc 漸近線交點(diǎn)= 47. 4)

16、73. 2()67.10() 1(0MN交角= 有 k=0 , MNk ) 12(；23, 12k與虛軸的交點(diǎn)講（0，j）帶入特征方程所以交點(diǎn)為（0，4.28） （0，-4.28）所以根軌跡如圖九所示MATLAB 程序如下：num=15;den=1 1 0;sys1=tf(num,den);num1=0.373 1;den1=0.0937 1;sys2=tf(num1,den1);sys3=sys1*sys2;rlocus(sys3)11五、總結(jié)五、總結(jié)這次的自動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)微機(jī)課設(shè)要復(fù)雜得多,難得多,同時(shí)也讓我深深的體會(huì)到自己有很多不足，感覺到上課時(shí)其中有很多東西都不是太明白,才發(fā)現(xiàn)我們的理論知識(shí)真有些薄弱.當(dāng)自己看書還有在同學(xué)的幫忙下后才真正掌握了一些上課學(xué)到但是學(xué)的不扎實(shí)的知識(shí)。加之，我也學(xué)到了 MATLAB 軟件的使用方法，剛開始使用這個(gè)軟件時(shí)真有點(diǎn)不知所措，連圖都畫不出來(lái)，后來(lái)通過學(xué)習(xí)終于可以順暢的使用其畫圖，這讓我明白了做任何都要用心，仔細(xì)才能做好，這不僅是一次小小的課設(shè),也是我人生過程中的一次歷練,一次心理戰(zhàn).它讓我使自己所學(xué)的知識(shí)得到了進(jìn)一步鞏固