自控原理超前滯后校正

1、自控原理超前滯后校正白動控制原理課程設(shè)計定常系統(tǒng)的頻率法超前校正1 問題描述用頻率法對系統(tǒng)進(jìn)行校正， 是利用超前校正網(wǎng)絡(luò)的相位超前特性來增 大系統(tǒng)的相位裕量，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，致使閉環(huán)系統(tǒng)的頻帶擴(kuò)展， 以達(dá)到改善系統(tǒng)暫態(tài)響應(yīng)的目的。但系統(tǒng)頻帶的加寬也會帶來一定的噪聲 干擾，為了系統(tǒng)具有滿意的動態(tài)性能，高頻段要求幅值迅速衰減，以減少 噪聲影響。2 設(shè)計過程和步驟2.1 題目已知單位反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)：GG)?711S(S?1)(S?1)26設(shè)計超前校正裝置，使校正后系統(tǒng)滿足：r?40o?2o,wc?lrad/s,h?10要求：1、 分析建立系統(tǒng)校正環(huán)節(jié)模型， 給出校正后系統(tǒng)的 MAT

2、LAB 仿真結(jié)果;2、 運(yùn)用 EWB 搭建模擬電路，分別演示校正前后的效果；3、 硬件系統(tǒng)搭建并實(shí)現(xiàn)。2.2 計算校正傳遞函數(shù)(1)MATLAB 系統(tǒng)校正前程序如下:numl=;deni 二1/12 2/3 1 O;sysl=tf(numl,denl);margin(sysl);grid則可得未校正系統(tǒng)的伯徳圖如圖 1 所示：自控原理課程設(shè)計Bode DiagramGm = 1.16 dB (at 3.46 rad/sec), Pm = 3.36 deg (at 3.24 rad/sec)Magnitude (dB)Phase(deg)10101010Frequency (rad/sec)10

3、10圖 1 校正前系統(tǒng)的伯徳圖由圖中可以看出相位裕量角為 3.36OMATLAB 系統(tǒng)校正后程序如下：numl=7;denl=l/12 2/3 1 O;sysl=tf(numl,denl); num2=8.2l;den2=35.2 I;sys2=tf(num2,den2); sysa=series(sysl,sys2); margin(sysa);grid-1-白控原理課程設(shè)計圖 2 校正后系統(tǒng)的伯徳圖-4-(7)畫出校正后系統(tǒng)的伯徳圖，滯后校正裝置的傳遞函數(shù)為：& 2S?lG(s)?35.2S?l經(jīng)過校正的傳遞函數(shù)為：G?8.2S?17?35.2S?1S(1S?1)(1S?1)263

4、 軟件仿真實(shí)驗結(jié)果及分析(1) 在 MATLAB/SIMULINK 環(huán)境下搭建校正前仿真模型進(jìn)行仿真。其模型圖如圖 3 所示：-2-自控原理課程設(shè)計圖 3 用 simulink 搭建的系統(tǒng)組態(tài)圖(2) 將校正前后的階躍響應(yīng)曲線如圖4圖 4 校正前的系統(tǒng)仿真圖在 MATLAB/SIMULINK 環(huán)境下搭建校正后仿真模型進(jìn)行仿真。其模型圖如圖 5 所示：-3-自控原理課程設(shè)計圖 5 用 simulink 搭建的系統(tǒng)組態(tài)圖(2) 將校正后的階躍響應(yīng)曲線坐標(biāo)系下如圖 6o圖 6 校正后的系統(tǒng)仿真圖-4-白控原理課程設(shè)計(3) 在同一坐標(biāo)系下畫出校正前后的Bode圖(以便校正結(jié)果的比較)， 并記錄校正前

5、后系統(tǒng)的相角裕量和幅值裕量。圖 5 校正前后 bode 圖4 硬件物理實(shí)驗結(jié)果及分析4.1 電路實(shí)現(xiàn)模擬校正前后的電路模擬圖如圖 7 和圖 8 所示：-5-自控原理課程設(shè)計圖 7 校正前電路模擬圖圖 8 校正后電路模擬圖5 思考：(1)超前校正對改善系統(tǒng)性能有什么作用？什么情況下不宜采用超前 校正？答：超前校正是通過其相位超前特性來改善系統(tǒng)的品質(zhì)；超前校正增 大了系統(tǒng)的相位裕量和截止頻率(剪切頻率)，從而減小瞬態(tài)響應(yīng)的超調(diào) 量，提高其快速性；超前校正對提高穩(wěn)態(tài)精度作用不大；超前校正適用于 穩(wěn)態(tài)精度已經(jīng)滿足、但瞬態(tài)性能不滿足-6-自控原理課程設(shè)計要求的系統(tǒng)。當(dāng)未校正系統(tǒng)的相角在所需剪切頻率附近向

6、負(fù)相角方面急劇減小時，采用串聯(lián)校正環(huán)節(jié)效果不大；或者當(dāng)需要超前相角的數(shù)量很大時，超前校 正的網(wǎng)絡(luò)的系數(shù) a 值需選擇很小，從而使系統(tǒng)的帶寬過大高頻噪聲能順利 通過系統(tǒng)。以上兩種情況不宜采用串聯(lián)超前校正。（2）是否有其他形式的校正方案？答：校正裝置的連接方式：（1）串聯(lián)校正；（2）順饋校正；（3）反饋校正。 其中串聯(lián)校正又包括串聯(lián)超前校正、串聯(lián)滯后校正和串聯(lián)超前滯后校正。（3） 分析校正前后系統(tǒng)的階躍響應(yīng)和 Bode 圖， 說明校正裝置對系統(tǒng)性能的作用。答：增加開環(huán)頻率特性在剪切頻率附近的正相角，從而提 高了系統(tǒng)的相角裕度；減小對數(shù)幅頻特性在幅值穿越頻率上的負(fù)斜率，從 而提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性；提高

7、了系統(tǒng)的頻帶寬度，從而提高了系統(tǒng)的響應(yīng) 速度；不影響系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。但若原系統(tǒng)不穩(wěn)定或穩(wěn)定裕量很小且開 環(huán)相頻特性曲線在幅值穿越頻率附近有較大的負(fù)斜率時，不宜采用相位超 前校正；因為隨著幅值穿越頻率的增加，原系統(tǒng)負(fù)相角增加的速度將超過 超前校正裝置正相角增加的速度，超前網(wǎng)絡(luò)就起不到補(bǔ)償滯后相角的作用 To 6心得體會經(jīng)過兒天的嘗試和學(xué)習(xí)， 我對 matlab 這個軟件的認(rèn)識又多了一些， 知 道了 matlab 的特點(diǎn)和用法，以前以為學(xué)完這門課就結(jié)束了，就懂了，沒有 考慮到自己能否在實(shí)際情況下做出一個需要的東西，這次課程設(shè)計可大大 的提醒了我，眼高手低，真的不可取，在以后的學(xué)習(xí)中，我應(yīng)該對學(xué)過只 知識的鍛煉和實(shí)現(xiàn)多重視一點(diǎn)。Matlab 是一個非常強(qiáng)大的軟件，MATLAB 的應(yīng)用范圍非常廣，包括信 號和圖像處理、通訊、控制系統(tǒng)設(shè)計、測試和測量、財務(wù)建模和分析以及 計算生物學(xué)等眾