文档介绍：- 1- 指导教师评定成绩: 审定成绩: 自动控制原理课程设计报告设计题目: 单位负反馈系统校正单位(二级学院): 学生姓名: 专业: 班级: 学号: 指导教师: 设计时间: 年月 XXXXXXX 大学 XXXX 学院制- 2- 目录 1. 设计题目已知单位负反馈系统被控制对象的开环传递函数)( )( 0??ss KsG 用相应的频率域校正方法对系统进行校正设计,使系统满足如下动态及静态性能指标: (1)选取相应的频率域校正方法(2)在斜坡信号 ttr2)(?作用下,系统的稳态误差 02 .0? sse ; (3)系统校正后,相位裕量 050 )(??? c??。(4)当 c????时,系统开环对数频率特性,不应有斜率超过 dB 40 ?/十低频的线段。要求: (1)分析设计要求,说明校正的设计思路(滞后校正,超前校正或滞后- 超前校正); (2)详细设计(包括的图形有:校正结构图,校正前系统的 Bode 图,校正装置的 Bode 图,校正后系统的 Bode 图); (3)MATLAB 编程代码及运行结果(包括图形、运算结果); (4)校正实现的电路图及结果(校正前后系统的阶跃响应图); - 3- 2. 设计报告正文摘要利用超前网络或 PD控制器进行串联校正的基本原理,是利用超前网络和 PD 控制器的相角超前特性。只要正确的将超前网络的交接频率 1/aT 和1/T 选在待校正系统截止频率的两旁,并适当选取 a和T,就可以是已校正系统的截止频率和相角裕度满足性能指标的要求,从而改善闭环系统的动态性能。闭环系统的稳态性能要求,可通过选择已校正系统的开环增益来保证。关键词: 稳态误差 sse ,相位裕量??,超前校正设计思路 1)根据稳态误差 sse 要求,确定开环增益 K。 2)利用已确定的开环增益 K,计算待校正系统的相位裕度 r。 3)根据截止频率 wc "的要求,计算超前网络参数 a和T。在本步骤中,关键是选择最大超前角频率等于要求的系统截止频率,即 wm=wc ",以保证系统的响应速度,并充分利用网络的相角超前特性。显然, wm=wc "成立的条件是-L?(wm ")=Lc(wm)=10lga 根据上式不难求出 a值,然后由 T=a wm 1 确定 T。 4)验证已校正系统的相位裕度???。由于超前网络的参数书根据满足系统截止频率要求选择的,因此相角裕度是否满足要求,必须验证。验算时,由已知 a 值由?=arcsin 1 1??a a 求的 a值,再由已知的 wc "算出代校正系统在 wc "时的相角裕度?(wc ")。报告正文第一步:由题意可知,开环传递函数在斜坡信号 r(t)=2t 作用下,要满足系统的稳态误差 02 .0? sse 。根据稳态误差公式- 4- sse =lim sE(s)=lim)()(1 )(sHsG s sR ?可得到系统的稳态误差 02 .0 2)(???K e ss 即, 100 ?K 。题目给出的开环传递函数的二阶函数,故不能用劳斯判定法来进一步缩小 K的取值范围。取 K=100 (rad ) 1?将其带入原来的开环传递函数得待校正系统开环传递函数为)( 100 )( 0??ss sG 。第二步:上式代表最小系统,可通过 MATLAB 绘制出待校正系统的 bode 图和待校正系统的单位阶跃响应分别如下图 1和图 2。图1 待校正系统的 bode 图- 5- 图2 待校正系统的单位阶跃响应由图 1和图 2可知待校正系统的频域性能指标如下: 幅值稳定裕度 Lh=+ ? dB;??穿越频率 wx=+ ? rad/s; 相角稳定裕度 r= 度; 截止频率 wc= 。第三步:假设wm=wc "=25rad/s ,由待校正系统的bod e图查的L(wm)=-, 再根据公式-L(wm)=10lga, 计算出 a= ,T=a wm 1 = 。因此,再根据超前网络传递函数公式 a cG (s)= s1 sa1T T?? cG (s)= s0127 .01 1255 .01??s 为了补偿无源超前网络产生的增益衰减,放大器的增益需提高倍,否则不能保证稳态误差要求。超前网络参数确定后,已校正系统的开环传递函数为 G(s)= 0G (s) cG (s)=)0127 .01 )(( )1255 .01(100 sss s???算出待校正系统的 r(wc ")= °。- 6- 由最大超前角的计算公式?=arcsin 1 1??a a 可求得?= °,故已知系统的相角裕度 r "=?+r(wc ")= °+ °= °>50°。再用 MATLA