自动控制原理课程设计 天津城建大学

学 号

天津城建大学

自动控制原理A课程

设计说明书

串联校正装置的设计

起止日期： 2013 年 12 月 30 日 至 2014 年 1 月 3 日

学班成

生姓名 级 绩

2013级电气12班

指导教师(签字)

控制与机械工程学院 2014年 1 月 3 日

天津城建大学 课程设计任务书

2013 —2014 学年第 1 学期

控制与机械工程 学院 电气工程及其自动化 专业 电气2013级12班 课程设计名称： 自动控制原理A课程设计 设计题目： 串联校正装置的设计

完成期限：自 2013 年12 月 30 日至 2014 年 1 月 3 日共 1 周 设计依据、要求及主要内容：

已知单位反馈系统的开环传递函数为：G(s)?K

s(s2?5s?6)要求校正后系统的速度误差系数kv?1s?1，相角裕度??(43?5)?，截止频率

?c?(0.1?0.03)rad/s，试设计串联校正装置。

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：2013年12月8日

目录

一、绪论........................................................................................................................................... 1 二、原系统分析 ............................................................................................................................... 2

2.1 原系统的单位阶跃响应曲线 ........................................................................................... 2 2.2 原系统的Bode图 ............................................................................................................. 3 2.3 原系统的Nyquist曲线 ................................................................................................... 4 2.4 原系统的根轨迹 ............................................................................................................... 5 三、校正装置设计 ........................................................................................................................... 6

3.1 校正方案的确定 ............................................................................................................... 6 3.2 校正装置参数的确定 ....................................................................................................... 6 3.3 校正装置的Bode图 ......................................................................................................... 7 四、校正后系统的分析 ................................................................................................................... 8

4.2 校正后系统的Bode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 4.5校正后系统的Simulink仿真框图 ................................................................................ 13 五、总结......................................................................................................................................... 13 六、参考文献 ................................................................................................................................. 14

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，可分为串联超前、串联滞后和串联滞后-超前校正。 1.1串联超前校正

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

11控制器的相角超前特性。只要正确地将超前网络的交接频率和选在待校正

aTT系统截止频率的两旁，并适当选择参数a和T，就可以是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。应当指出，在有些情况下采用超前校正是无效的，它受以下两个因素的限制：

1）闭环带宽要求。

2）在截止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正。

1.2串联滞后校正

利用滞后网络或PI控制器进行串联校正的基本原理，是利用滞后网络或PI控制器的高频幅值衰减特性，使已校正系统截止频率下降，从而使系统获得足够的相角裕度。

串联滞后校正与串联超前校正两种方法，在完成系统校正任务方面是相同的，但有以下不同之处：

1)超前校正是利用超前网络的相角超前特性，而滞后校正则是利用滞后网络的高频幅值衰减特性。

2)为了满足严格的稳态性能要求，当采用无源校正网络时，超前校正要求一定的附加增益，而滞后校正一般需要附加增益。

3)对于同一系统，采用超前校正的系统带宽大于采用滞后校正的系统带宽。 1.3串联滞后-超前校正

其基本原理是利用滞后-超前网络的超前部分来增大系统的相角裕度，同时利用滞后部分来改善系统的稳态性能。这种方法兼有滞后校正和超前校正的优点，即已校正系统响应速度较快，超调量较小，抑制高频噪声的性能也较好。当待校正系统不稳定，且要求校正后系统的响应速度、相角裕度和稳态精度较高时，宜采用串联滞后-超前校正。

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二、原系统分析

2.1 原系统的单位阶跃响应曲线

已知单位反馈系统的开环传递函数为：G(s)?K，要求校正后系2s(s?5s?6)统的速度误差系数kv?1s?1，相角裕度??(43?5)?，截止频率

?c?(0.1?0.03)ra/ds，由以上可得：

该系统只有一个积分环节，所以属于I型系统； 由静态速度误差系数kv?1s?1 ，可选取所以kv?limsG(s)?s?0kv?1s

?1k?1?1s，开环增益k?6，绘制该系统的单位阶跃响6应曲线图1

图1原系统单位阶跃响应

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