1、自动控制原理课程设计专 业： 自动化 班 级： 动 1001 姓 名： 尚金佐 学 号： 201008439 指导教师： 苟军年 兰州交通大学自动化与电气工程学院2013 年 01 月 11 日指导教师评语设计（40）平时（20）报告（40）（30）总成绩自动控制原理课程设计报告 1连续定常系统的频率法超前校正一.设计目的1.了解串联超前校正环节对系统稳定性及过渡过程的影响；2.掌握用频率特性法分析自动控制系统动态特性的方法；3.掌握串联超前校正装置的设计方法和参数调试技术；4.掌握设计给定系统超前校正环节的方法，并用仿真技术验证校正环节理论设计的正确性；5.掌握设计给定系统超前校正环节的方法
2、，并模拟实验验证校正环节理论设计的正确性。二.设计内容已知单位反馈控制系统的开环传递函数为： )10.)(1.(s7)sSGo设计超前校正装置，使校正后系统满足： %4,45,70radkcv三.基于频率法的超前校正器理论设计用频率法进行超前校正的基本原理，是利用超前校正网络的相位超前特性来增大系统的相位裕量，以达到改善系统暂态响应的目的。为此，要求校正网络最大的相位超前角 出现在校正后系统的剪切频率处。m1.根据对静态速度误差系数的要求，确定系统的开环增益 K。07)1.)(1.07limssK所以得出：2.绘制未校正系统的伯德图，如图 1 所示。由该图可见，未校正系统的剪切频率为 25.1
3、rad/sec，图 2 为校正后系统的伯德图。3.根据所确定的开环增益 ，画出未校正系统的伯德图，由未校正系统的伯德图，K并求出其相位裕量 。o7.614.由相位裕量值 ，得到超前校正装置应提供的相位超前量 ，即 59.37.61.931m自动控制原理课程设计报告 25.根据所确定的最大相位超前角 ， 按下式算出相应的 值。m075.sin16.计算校正装置在 处的幅值 。由未校正系统的对数幅频特性图 ,m.2/lg0求得其幅值为 处的频率，该频率 就是校正后系统的开环剪切频率 ，即10lgmc。47.3mc7.计算超前校正装置的转折频率。，12.951mT72.12mT于是可以求得超前校正装
4、置的传递函数为： ssGc 058.7)( 为了补偿超前校正网络的引入而造成系统开环增益的衰减，必须使附加放大器的放大倍数为： 3.18.校正后系统的开环传递函数为：)058.1)(0.)(.(7)(1)(0 sssGssc 9.验证。由图 2 可见，校正后系统的相位裕量 。可得此高阶系统的谐振峰值omp45.为： 1.397sinrM超调量为： %.)(4.016.%满足题目要求，故此校正方案是可行的。校正前系统的源程序如下：Go=zpk(,0 -10 -100,70000);bode(Go)hold onmargin(Go)校正前系统的伯德图如图 1 所示。自动控制原理课程设计报告 3图
5、1 校正前系统伯德图校正后系统的源程序如下：Go=zpk(,0 -10 -100,70000);bode(Go)Gc=tf(0.077 1,0.0058 1);G=Go*Gc;bode(G)margin(G)校正后系统的伯德图如图 2 所示：自动控制原理课程设计报告 4图 2 校正后系统伯德图校正前后系统的源程序如下：Go=zpk(,0 -10 -100,70000);bode(Go)hold onmargin(Go)Gc=tf(0.077 1,0.0058 1);G=Go*Gc;bode(G)hold onmargin(G)校正前后系统的伯德图如图 3 所示：自动控制原理课程设计报告 5图
6、3 校正前后系统伯德图校正装置系统的源程序如下：Gc=tf(0.077 1,0.0058 1); bode(Gc)hold on margin(Gc)校正装置的伯德图如图 4 所示:图 4 校正环节的伯德图自动控制原理课程设计报告 6四、仿真实现校正前系统的 simulink 框图如图 5 所示:图 5 校正前系统的 simulink 框图校正后系统的 simulink 框图如图 6 所示：图 6 校正后系统的 simulink 框图校正前 simulink 的仿真曲线如图 7 所示：自动控制原理课程设计报告 7图 7 校正前 simulink 的仿真曲线校正后 simulink 的仿真曲线如
7、图 8 所示：图 8 校正后 simulink 的仿真曲线五思考题1.超前校正对改善系统性能有什么作用？什么情况下不宜采用超前校正？自动控制原理课程设计报告 8答：超前校正是通过其相位超前特性来改善系统的品质，超前校正增大了系统的相位裕量和剪切频率，减小瞬态响应的超调量，提高响应的快速性；超前校正适用于稳态精度已经满足、但瞬态性能不满足要求的系统。在有些情况下，串联超前校正的应用受到限制。例如，当未校正系统的相角在所需剪切频率附近向负相角方面急剧减小时，采用串联校正环节效果不大；或者，当需要超前相角的数量很大时，超前校正的网络的系数 值需选择很小，从而使系统的带宽过大，高频噪声能顺利通过系统。
8、因此，这两种情况不宜采用串联超前校正。2.有没有其他形式的校正方案？答：还有其他校正装置的连接方式：(1)基于根轨迹法的超前校正方法，(2)基于根轨迹法的超前滞后校正，(3)基于频率响应法的迟后校正，(4)根轨迹法的迟后超前校正，(5)频率响应法的迟后超前校正。3.分析校正前后系统的阶跃响应曲线和Bode图，说明校正装置对改善系统性能的作用。答：增加开环频率特性在剪切频率附近的正相角，从而提高了系统的相角裕度；减小对数幅频特性在幅值穿越频率上的负斜率，从而提高了系统的稳定性；提高了系统的频带宽度，从而提高了系统的响应速度； 不影响系统的稳态性能。4.超前校正的原理是什么？答：超前校正的原理是使
9、校正后系统的剪切频率处所对应的原系统与校正装置的幅值叠加和为零，即使 ，同时使 。cmlg10)(mcL六心得体会通过这次课程设计，使我了解到什么地方易用到串联超前校正环节和什么地方不易用到串联超前校正环节以及串联超前校正环节对系统稳定性及过渡过程的影响。同时，逐步掌握了用频率特性法分析自动控制系统动态特性的方法以及串联超前校正装置的设计方法和参数调试技术。在进行完理论设计之后，又进一步通过搭建硬件电路和MATLAB仿真技术验证了校正环节理论设计的正确性。在此期间使我接触到了EWB电路仿真软件并且更加熟悉了MATLAB下SIMULINK仿真电路的搭建过程。通过将这两种方式进行相应的对比，使我对串联超前校正环节对系统稳定性及过渡过程的影响有了更加直观的认识。在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其系统中的作用有了更多的了解。不管怎样，这些都是一种锻炼，一种知识的积累，能力的提高。完全可以把这个当作基础东西，只有掌握了这些最基础的，才可以更进一步，取得更好的成绩。同时也感谢我们的辅导老师给与我们的帮助，是我们能够顺利的完成课程设计。自动控制原理课程设计报告 9参考文献1 滕青芳，范多旺，董海鹰，路小娟.自动控制原理M. 北京：人民邮电出版社.2008.2 胡寿松.自动控制原理M.北京：科学出版社.20013 刘明俊.自动控制原理M.长沙：国防科技大学出版社.2000
