文档介绍：学号 09750201
(自动控制原理课程设计)
设计说明书
串联滞后校正装置的设计
起止日期: 2012 年 5 月 28 日至 2012 年 6 月 1 日
学生姓名
安从源
班级
09电气2班
成绩
指导教师(签字)
控制与机械工程学院
2012年 6 月 1 日
天津城市建设学院
课程设计任务书
2011 —2012 学年第 2 学期
控制与机械工程学院电气工程及其自动化系 09-2 班级
课程设计名称: 自动控制原理课程设计
设计题目: 串联滞后校正装置的设计
完成期限:自 2012 年 5 月 28 日至 2012 年 6 月 1 日共 1 周
设计依据、要求及主要内容:
设单位反馈系统的开环传递函数为:
要求系统的速度误差系数为,相角裕度,试设计串联滞后校正装置。
基本要求:
1、对原系统进行分析,绘制原系统的单位阶跃响应曲线,
2、绘制原系统的Bode图,确定原系统的幅值裕度和相角裕度。
3、绘制原系统的Nyquist曲线。
4、绘制原系统的根轨迹。
5、设计校正装置,绘制校正装置的Bode图。
6、绘制校正后系统的Bode图、确定校正后系统的幅值裕度和相角裕度。
7、绘制校正后系统的单位阶跃响应曲线。
8、绘制校正后系统的Nyquist曲线。
9、绘制校正后系统的根轨迹。
指导教师(签字):
系主任(签字):
批准日期:2012年5月25日
目录
一、绪论 4
二、原系统分析 5
5
原系统的Bode图 5
原系统的Nyquist曲线 5
原系统的根轨迹 5
三、校正装置设计 5
校正装置参数的确定 5
四、校正后系统的分析 6
6
校正后系统的Bode图 6
校正后系统的Nyquist曲线 6
校正后系统的根轨迹 6
五、总结 7
六、参考文献 7
七、附图 8
一、绪论
校正就是在系统中增加一些具有某种典型环节的电气网络、机械网络、运算部件或测量装置等,靠这些环节的配置来有效地改善系统的控制性能,增加的这部分称为校正元件(装置)。校正装置以电气网络较多,通常是一些有源或无源微积分电路,以及各类传感器如速度,加速度等。
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PID校正、超前校正、滞后校正和滞后-超前校正。实际控制系统中广泛采用无源网络进行串联校正,但在放大器级间接入无源校正网络后,由于负载效应问题,有时难以实现希望的控制规律。常用的有源校正装置,除测速发电机及其与无源网络的组合,以及PID控制器外,通常把无源网络接在运算放大器的反馈通路中,形成有源网络,以实现要求的系统控制规律。
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。
串联滞后校正是利用滞后网络或PI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。
二、原系统分析
单位反馈系统的开环传递函数是:
接下来用MATLAB求出对原系统进行分析,绘制原系统的单位阶跃响应曲线如图1
原系统的Bode图
应用Matlab绘制出开环系统Bode图(见图二)。
由Bode图可知,截止频率= rad/sec,相角裕度=<45,可知相角裕度不满足要求,由此考虑加入串联滞滞后校正系统。
并由且在到之间取值。取=,要求则查图可得=
原系统的Nyquist曲线
起点 A(0)=
终点-180°
则原系统的Nyquist曲线如图3
原系统的根轨迹
校正前传递函数,标准式,求得两个极