湘潭大学 课程设计说明书
课程名称： 自动控制原理
题 目：单位反馈系统校正设计
学 院： 能源工程学院 专 业： 电子信息科学与技术 学 号： 201192001226 姓 名： 黄鑫 指导教师： 黄祯祥 完成日期： 2014年12月
评分＿＿＿＿＿＿ 日期＿＿＿＿＿＿
目录
摘要 .................................................................................................................................................. 2 任务书 .............................................................................................................................................. 3
设计目的 ................................................................................................................................... 3 基本要求 ................................................................................................................................... 3 主要内容 ................................................................................................................................... 3 所选设计课题与设计要求 ....................................................................................................... 4 未校正系统的根轨迹图 ................................................................................................................... 4 校正设计前的准备 ........................................................................................................................... 5
穿越频率ωg ........................................................................................... 错误！未定义书签。 幅值稳定裕度h ...................................................................................... 错误！未定义书签。 截止频率ωc ........................................................................................... 错误！未定义书签。 相角稳定裕度γ ..................................................................................... 错误！未定义书签。 系统调节时间Ts .................................................................................... 错误！未定义书签。 超调量σ ................................................................................................. 错误！未定义书签。 校正前后伯德图 ............................................................................................................................... 6 校正的概念....................................................................................................................................... 6 系统的校正....................................................................................................................................... 7
校正装置的传递函数 ............................................................................................................... 7 校正前后奈奎斯特图 ....................................................................................................................... 8 设计总结........................................................................................................................................... 9 参考文献........................................................................................................................................... 9
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。本设计采用手工绘图，工程数据近似的方法，大略算出答案。
任务书
设计目的
1、巩固学生所学自动控制原理课程知识，培养学生运用所学知识分析问题和解决问题的能力。
2、对学生进行设计技能、计算绘图及编写说明书的初步训练。 3、掌握控制系统设计与校正的步骤和方法。
4、掌握对控制系统相角裕度、稳态误差、截止频率、相角穿越频率以及增益裕度的求取方法。
基本要求
1、课程设计的全过程表现积极主动、认真、遵守纪律。独立工作能力强，工作态度认真。能按课程设计任务书的要求圆满地完成课题任务。要有自己的独立见解和一定的创新性，文字书写正确、工整。工程绘图图面清洁美观，符合标准。
2、上交的课程设计说明书应包括以下内容：课程设计任务书、控制对象的结构分析、系统的结构框图、闭环控制策略选择的依据、自控原理分析等。
3、说明书要求文字简明扼要、结论明确、字迹清楚，图纸应整洁美观。
4、加强对自动控制原理课程的复习与总结，要求在答辩时叙述和回答问题正确流畅，表达能力强，概念清楚。
主要内容
本课程设计的主要内容如下：
1、控制系统模型研究。主要包括模型建立、模型变换、模型简化，Laplace变换等等。 2、控制系统的时域分析。主要包括系统的各种响应、性能指标的获取、零极点对系统性能的影响、高阶系统的近似研究，控制系统的稳定性分析，控制系统的稳态误差的求取。
3、控制系统的根轨迹分析。主要包括多回路系统的根轨迹、零度根轨迹、纯迟延系统根轨迹和控制系统的根轨迹分析。
4、控制系统的频域分析。主要包括系统Bode图、Nyquist图、稳定性判据和系统的频域响应。
5、控制系统的校正。主要包括根轨迹法超前校正、频域法超前校正、频域法滞后校正以及校正前后的性能分析。
6、控制效果分析
所选设计课题与设计要求
设单位反馈系统被控对象的传递函数为G0(s)?Kvs(s?6)(s?2)
要求：
1、画出未校正系统的根轨迹图，分析系统是否稳定。 2、对系统进行校正设计，要求校正后的系统满足指标：
（1）在单位斜坡信号输入下，系统的速度误差系数=180。
*
（2）相角稳定裕度γ>45o，幅值稳定裕度h*>10。
（3）系统的调节时间Ts<3s，系统对阶跃响应的超调量δ<25% 3、分别画出校正前，校正后和校正装置的幅频特性图。 4、计算校正后系统的截止频率ωc*和穿频率ωg*。 5、给出校正装置的传递函数。
6、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图，并进行分析。 7、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响（自由发挥）。
未校正系统的根轨迹图
1KvKv12 有首1型变形为尾1型G0(s)? G0(s)?11s(s?6)(s?2)s(s?1)(s?1)62
可以看出没有零点但有三个极点（0.0），（-6.0），（-2.0）
求分离点
111???0 算出d=-0.9（采用） d=-4.4（略） dd?6d?2求渐近线
??(2k?1)??? k=(0,1,2) ?=?/3 ?=? ?=5?/3
n?m?p??zinmj?a?i?1j?1n?m??0?6?2??0.26 3与虚轴交点
当s=jw K+s(s+6)(s+2)=0 ?j??8??12j??K?0
32??12或?12 K=96
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