自控原理超前滯后校正

自控原理超前滯后校正Companynumber自控原理超前滯后校正Companynumber: [WTUT-WT88Y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(jì)過程和步驟題目已知單位反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)：設(shè)計(jì)超前校正裝置，使校正后系統(tǒng)滿足：計(jì)算校正傳遞函數(shù)根據(jù)穩(wěn)態(tài)誤差的要求，確定系統(tǒng)的開環(huán)增益K則解得k=100由于開環(huán)增益k二100，在MATLAB中輸入以下命令：z=[];p=[0,-10,-100];k=100000;[num,den]=zp2tf(z,p,k);[mag,phase,w]=bode(num,den);margin(mag,phase,w);

則可得未校正系統(tǒng)的伯德圖如圖1所示：圖1校正前系統(tǒng)的伯德圖由圖中可以看出相位裕量角為1.610M3)諧振峰值為M3)諧振峰值為rb%一0.160^+1=1.25給定系統(tǒng)的相位裕量值1給定系統(tǒng)的相位裕量值1丫=arcsin()=53.1301Mr由于未校正系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻特性在剪切頻率處的斜率為—4°db/dec，—般取￡二5。?10。，在這里取為10,超前校正裝置應(yīng)提供的相位超前量e,0=0=y-y+*53.1301—1.61+10二61.5201即: m1￡是用于補(bǔ)償因超前裝置的引入，使系統(tǒng)的剪切頻率增大而增加的相角遲后量(4)根據(jù)所確定的最大相位超前角0m按下式計(jì)算相應(yīng)的5)計(jì)算校正裝置在處的幅值10log-(4)根據(jù)所確定的最大相位超前角0m按下式計(jì)算相應(yīng)的5)計(jì)算校正裝置在處的幅值10log-由于校正系統(tǒng)的對數(shù)幅頻特性圖，求得其幅值為-10log丄處的頻率，該頻率0m就是校正后系統(tǒng)的開環(huán)剪切頻率Wc，即o=o=80.76cm(6)確定校正網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)折頻率和o1、o21 L . o=—=ova=80.76x0.0644=20.49461Tm(7)畫出校正后系統(tǒng)的伯德圖，并驗(yàn)算相應(yīng)的相位裕量是否滿足要求如果不滿足則改變￡值，從步驟(3)開始重新進(jìn)行計(jì)算。超前校正裝置的傳遞函數(shù)為：經(jīng)過校正的傳遞函數(shù)為：100(0.488s+1)s(0.0031s+l)(0.1s+l)(0.01s+1)BoJeDiagramGm=19.7dIBfat189radXsec).PmBoJeDiagramGm=19.7dIBfat189radXsec).Pm=6-9.2dl旳(st43.2rad/sec)10_110,5101102104Frequency(rady-sec)圖2校正后系統(tǒng)的伯德圖3軟件仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析⑴在MATLAB/SIMULINK環(huán)境下搭建仿真模型進(jìn)行仿真。其模型圖如圖3所示：圖3用simulink搭建的系統(tǒng)組態(tài)圖將校正前后的階躍響應(yīng)曲線虎仔同一個坐標(biāo)系下(以便校正結(jié)果的比較)，并記錄校正前后系統(tǒng)的時域指標(biāo)。圖4為校正后的仿真圖：圖4校正前后的系統(tǒng)仿真圖在同一坐標(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(yàn)結(jié)果及分析電路實(shí)現(xiàn)模擬校正前后的電路模擬圖如圖7和圖8所示：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。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。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?yàn)殡S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)償滯后相角的作用了。6心得體會經(jīng)過幾天的嘗試和學(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(jì)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(jì)、測試和測量、財(cái)務(wù)