串联超前校正装置的课程设计资料.doc
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目录
一、绪论 1
二、原系统分析 1
2.1原系统的单位阶跃响应曲线 1
2.2原系统的Bode图 2
2.3原系统的Nyquist曲线 4
2.4原系统根轨迹 5
三、校正装置设计 6
3.1校正装置参数的确定 6
3.2校正装置的波特图 7
四、校正后系统的分析 8
4.1校正后系统的单位阶跃响应曲线 8
4.2校正后系统的波特图 9
4.3校正后系统的Nyquist曲线 10
4.4校正后系统的根轨迹 11
五、总结 13
六、参考文献 13
一、绪论
在系统中,往往需要加入一些校正装置来增加系统的灵活性,使系统发生变化,从而满足给定的各项性能指标。按照校正装置的特性不同,可分为PID校正、超前校正、滞后校正和滞后-超前校正。
我们在这里讨论串联超前校正。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。
串联超前校正的基本原理:利用超前网络的相角超前特性。只要正确的将超前网络的交接频率1/aT和1/T选择在带校正系统截止频率的两旁,并适当选取参数a和T,就可以校正系统的截止频率和相角裕度满足性能指标的要求,从而改善系统的动态性能。
串联超前校正的优点:保证低频段满足稳态误差,改善中频段,使截止频率增大,相角裕度变大,动态性能提高,高频段提高使其抗噪声干扰能力降低。有些情况下采用串联超前校正是无效的,它受到以下两个因素的限制:
1.闭环宽带要求。若待校正系统不稳定的话,为了得到规定的相角裕度,需要超前网络提供很大的相角超前量。这样的话,超前网络的a值必须选取的很大,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.在截至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J卜。因为随着截止频率的增大,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前量,在一般情况下,产生这种相角迅速减小的原因是,在待校正系统的截止频率附近,或有交接频率彼此靠近的惯性环节;或由两个交接频率彼此相等的惯性环节;或有一个震荡环节。
二、原系统分析
2.1原系统的单位阶跃响应曲线
单位反馈系统的开环传递函数为:
所以单位反馈系统的闭环传递函数:,当R(s)=1/s时,,经过拉氏反变换得到单位阶跃响应C(t)的图像为图一。
图一 原系统单位阶跃响应曲线
由图像可得:ts=5.82,ess=0,tp=0.784
校正前单位阶跃响应MATLAB程序如下:
num=[15];
den=[1 1 0];
sys=tf(num,den);
sys1=feedback(sys,1);
t=0:0.1:45;
step(sys1,t)
hold on
grid
hold off
2.2原系统的Bode图
对该系统进行分析,由MATLAB绘制BODE图,如图二。
图二 原系统的BODE图
a.确定各交接频率ω及斜率变化值
原开环传递函数由比例环节、积分环节、和惯性环节组成。
惯性环节转折频率: 斜率减小20db/dec;?
积分环节最小交接频率:
开环增益为K=15,系统型别V=1。
b.绘制频段渐进特性曲线
低频段渐近线由决定。过点做一条斜率为-20dB/dec的直线,即为低频段的渐近线。在处,惯性环节将渐近线斜率由-20dB/dec变为-40dB/dec。
c.计算相角裕度
当K=15时,所以
所以采用串联超前校正装置设计。
e.计算幅值裕度
有所以幅值裕度
该系统波特图的程序为:
num=[15];
den=[1 1 0 ];
sys=tf(num,den);
margin(sys)
hold on
grid
hold off
2.3原系统的Nyquist曲线
A起点A(0+)=∞ ?(0+)=-90°B终点A(∞)=0??(∞)=-180°如图三所示。
图三 原系统Nyquist曲线
校正前系统的Nyquist曲线程序:
num=[15];
den=[1 1 0];
sys=tf(num,den);
nyquist(sys);
hold on
plot([-1],[0],o)
gtext(-1)
hold off
2.4原系统根轨迹
根轨迹图如图四所示。
图四 原系统根轨迹
由得,极点(0,-1),没有零点
实轴上的根轨迹区段:[-1,0] N-M=2,有两条分支线趋于无穷远出
渐近线:与实轴夹角
与实轴交点
分离点:,求出
校正前系统的根轨迹图程序:
num=[15];
den=[1 1 0];
sys=tf(num,den);
rlocus(sys)
hold on
plot([0],[0])
gtext(0)
plot([-2],[0])
gtext(-2)
plot(
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