【2017年整理】用MATLAB进行控制系统的超前校正设计.doc

学 号： 课 程 设 计 题 目 学 院 专 业 班 级 姓 名 指导教师 年 月 日 课程设计任务书 学生姓名： 专业班级： 指导教师： 刘志立 工作单位： 自动化学院 题 目: 用MATLAB进行控制系统的超前校正设计 要求系统的静态速度误差系数，相角裕度，幅值裕度。 要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求） 用MATLAB作出满足初始条件的K值的系统伯德图，计算系统的幅值裕度和相位裕度。 在系统前向通路中插入一相位超前校正，确定校正网络的传递函数，并用MATLAB进行验证。 用MATLAB画出未校正和已校正系统的根轨迹。 对上述任务写出完整的课程设计说明书，说明书中必须进行原理分析，写清楚分析计算的过程及其比较分析的结果，并包含Matlab源程序或Simulink仿真模型，说明书的格式按照教务处标准书写。 时间安排： 任务 时间（天） 指导老师下达任务书，审题、查阅相关资料 2 分析、计算 2 编写程序 1 撰写报告 2 论文答辩 1 指导教师签名： 年 月 日 摘要 用频率法对系统进行超前校正的实质是将超前网络的最大超前角补在校正后系统开环频率特性的截止频率处，提高校正后系统的相角裕度和截止频率，从而改善系统的动态性能。为此，要求校正网络的最大相位超前角出现在系统的截止频率处。只要正确地将超前网络的交接频率1/aT和1/T设置在待校正系统截止频率Wc的两边，就可以使已校正系统的截止频率Wc和相裕量满足性能指标要求，从而改善系统的动态性能。串联超前校正主要是对未校正系统在中频段的频率特性进行校正。确保校正后系统中频段斜率等于－20dB/dec，使系统具有45°～60°的相角裕量。以加快系统的反应速度，但同时它也削弱了系统抗干扰的能力。在工程实践中一般不希望系数a值很大，当a＝20时，最大超前角为60°，如果需要60°以上的超前相角时，可以考虑采用两个或两个以上的串联超前校正网络由隔离放大器串联在一起使用。在这种情况下，串联超前校正提供的总超前相角等于各单独超前校正网络提供的超前相角之和。 关键词：串联超前校正；动态性能；相角裕度 目录 摘要 1 目录 2 1. 超前校正的原理和方法 3 1.1. 超前校正的原理 3 1.2. 超前校正的应用方法 4 2. 控制系统的超前校正设计 5 2.1. 校正前系统初始状态分析 5 2.2. 超前校正分析及计算 7 2.2.1 校正装置计算的程序 7 2.2.2 校正后的验证 8 2.2.3 超前校正对系统性能改变的分析 10 3. 心得体会 12 超前校正的原理和方法 超前校正的原理 所谓校正，就是在调整放大器增益后仍然不能全面满足设计要求的性能指标的情况下，加入一些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，达到设计要求。 无源超前网络的电路如图1所示。 图1 无源超前网络电路图 如果输入信号源的内阻为零，且输出端的负载阻抗为无穷大，则超前网络的传递函数可写为 ① （1-1） 式中 , 通常a为分度系数，T叫时间常数，由式（1-1）可知，采用无源超前网络进行串联校正时，整个系统的开环增益要下降a倍，因此需要提高放大器增益交易补偿。 根据式（1-1），可以得无源超前网络的对数频率特性，超前网络对频率在1/aT至1/T之间的输入信号有明显的微分作用，在该频率范围内，输出信号相角比输入信号相角超前，超前网络的名称由此而得。在最大超前角频率处，具有最大超前角。 超前网路（1-1）的相角为 （1-2） 将上式对求导并令其为零，得最大超前角频率 （1-3） 将上式代入（1-2），得最大超前角频率 （1-4） 同时还易知 m仅与衰减因子a有关。a值越大，超前网络的微分效应