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自动控制原理课程设计

学生姓名 院 别 学 号 设计时间

刘慧 物电学院 14122502243

班 级 电子12-1BF班 专 业 电子科学与技术 指导老师

伍建辉

2014年10月25日--2014年10月28日

目 录

一、设计任务 .............................................. 3 二、设计要求 .............................................. 3 三、设计原理 .............................................. 3 四、设计方案 .............................................. 4 4.1滞后-超前校正的设计过程 ......................................................... 4 4.2用MATLAB求校正前系统的幅值裕量和相位裕量 ..................... 6 4.3用MATLAB绘制校正前系统的根轨迹 ......................................... 7 4.4对校正前系统进行仿真分析 ....................................................... 7 4.5滞后-超前校正设计参数计算 ..................................................... 9 4.5.1确定校正参数?、T2和T1 ................................................... 9 4.5.2滞后-超前矫正后的验证 ................................................. 10 （1）用MATLAB求校正后系统的幅值裕量和相位裕量 .......... 10 （2）用MATLAB绘制校正后系统的伯德图 .............................. 11 （3）用MATLAB绘制校正后系统的根轨迹 .............................. 12 4.6用MATLAB对校正前后的系统进行仿真分析 ........................... 13 五、设计总结 ............................................. 17 5.1、校正器对系统性能的影响 ...................................................... 17 5.2设计感言 ..................................................................................... 17 六、参考文献 ............................................. 17

自动控制原理课程设计

一、设计任务

题目：设单位负反馈随动系统固有部分的传递函数为

Gk(s)?K

s(s?1)(s?2) 设计系统的串联校正装置，使系统达到下列指标： （1）静态速度误差系数Kv≥5s-1； （2）相位裕量γ≥40° （3）幅值裕量Kg≥10dB。

二、设计要求

1、画出未校正系统的Bode图，分析系统是否稳定。 2、画出未校正系统的根轨迹图，分析闭环系统是否稳定。 3、给出校正装置的传

4、分别画出校正前，校正后和校正装置的幅频特性图。计算校正后系统的穿频率ωc、相位裕量γ、相角穿越频率ωg和幅值裕量Kg。

5、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图，并进行分析。 6、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响（自由发挥）。

三、设计原理

所谓校正，就是在系统中加入一些其参数可以根据需要而改变的机构或装置，使系统整个特性发生变化，从而满足给定的各项性能指标。系统校正的常用方法是附加校正装置。按校正装置在系统中的位置不同，系统校正分为串联校正、反馈校正和复合校正。按校正装置的特性不同，又可分为超前校正、滞后校正和滞

后-超前校正、PID校正。 这里我们主要讨论串联校正。一般来说，串联校正设计比反馈校正设计简单，也比较容易对信号进行各种必要的形式变化。在直流控制系统中，由于传递直流电压信号，适于采用串联校正;在交流载波控制系统中，如果采用串联校正，一般应接在解调器和滤波器之后，否则由于参数变化和载频漂移，校正装置的工作稳定性很差。 串联超前校正是利用超前网络或PD控制器进行串联校正的基本原理，是利用超前网络或PD控制器的相角超前特性实现的，使开环系统截止频率增大，从而闭环系统带宽也增大，使响应速度加快。 在有些情况下采用串联超前校正是无效的，它受以下两个因素的限制： 1）闭环带宽要求。若待校正系统不稳定，为了得到规定的相角裕度，需要超前网络提高很大的相角超前量。这样，超前网络的a值必须选得很大，从而造成已校正系统带宽过大，使得通过系统的高频噪声电平很高，很可能使系统失控。 2) 在截止频率附近相角迅速减小的待校正系统，一般不宜采用串联超前校正。因为随着截止频率的睁大，待校正系统相角迅速减小，使已校正系统的相角裕度改善不大，很难得到足够的相角超调量。 串联滞后校正是利用滞后网络或PID控制器进行串联校正的基本原理，利用其具有负相移和负幅值的特斜率的特点，幅值的压缩使得有可能调大开环增益，从而提高稳定精度，也能提高系统的稳定裕度。在系统响应速度要求不高而抑制噪声电平性能要求较高的情况下，可以考虑采用串联滞后校正。此外，如果待校正系统已具备满意的动态性能，仅稳态性能不能满足指标要求，也可以采用串联滞后校正以提高系统的稳态精度，同时保持其动态性能仍然满足性能指标要求。 滞后校正装置的传递函数

为:的极点

它提供一个负实轴上的零点Zc=-1/(bT)和一个负实轴上零、极点之间的距离由b值决定。 由于b<1，极点位于零点

右边，对于s平面上的一个动点1s，零点产生的向量角小于极点产生的向量角，因此，滞后校正装置总的向量角为负，故称为滞后校正。

四、设计方案

4.1滞后-超前校正的设计过程