校正设计前的准备
K?kv?180 12 由图可知,系统的交接 , 即ωmin=2rad/s,另一个交接频率为?=6rad/s,
由柏德图可以得到待校正系统的前截止频率wc?
wcwc??γ?180?90?arctan?arctan由此可以算出系统的相角裕度26
γ=?45?不符合相角裕度的要求,幅值裕度h=-30dB 不符合要求
若使用串联超前校正,则至少选用两级串联超前网络,显然校正后的截止频率将会太大,虽然时间常数T非常小,但是此时的系统的带宽将会太大,并且时间常数0.39完全没有意义
若采用串联滞后校正,可以使系统的裕度角达到45?
采用串联滞后-超前校正
校正前后伯德图
1KvKv12将传递函数G0(s)?尾一化得G0(s)?此时函数的
11s(s?6)(s?2)s(s?1)(s?1)62wmin?2 wmax?6 v=1 所以现做一条-20dB, 将W=1带入
La(w0)?20lgk?20vlgw0 得坐标(1,66.3)从而可以画出待校正前的柏德图
校正的概念
校正,就是在系统中加入一些其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,从而满足给定的各项性能指标。系统校正的常用方法是附加校正装置。控制系统的设计,就是在系统中引入适当的环节,用以对原有系统的某些性能进行校正,使之达到理想的效果,故又称为系统的校正。单变量系统常用的校正方式主要有两种:一种是校正装置与被控对象串联,这种校正方式称为串联校正。另一种校正方式是从被控对象中引出反馈信号,与被控对象或其一部分构成反馈回路,并在局部反馈回路设置校正装置。这种校正方式称为局部反馈校正。当系统的性能指标以幅值裕量、相位裕量和误差系数等形式给出时,
采用频域法来分析和设计是很方便的。应用频域法对系统进行校正,其目的是改变系统的频域特性形状,使校正后系统的频域特性具有合适的低频、中频和高频特性,以及足够的稳定裕量,从而满足所要求的性能指标。
系统的校正
校正装置的传递函数
由图可知,系统的交接频率 即ωmin=2rad/s,另一个交接频率为?=6rad/s, 由于系统的调节时间Ts<3s,系统对阶跃响应的超调量δ<25%,所以由公式δ=0.16+0.4(Mr-1)
K0=2+1.5( Mr-1)+2.5(Mr?1)2 , ωc”=K0pi/Ts
取ω
c”= 3.5rad/s,
''''再由公式 ?20lg??L'(?C)?20lgTb?c?0
得??50 所以
Gc(j?)?校正网络的频率特性可写为
(1?j?/?a)(1?j?/?b)(1?j?/?a)(1?j?/2)=
(1?j??/?a)(1?j??/?b)(1?j50?/?a)(1?j?/100)
利用相角裕度的指标要求,可以确定穿频率?a,已校正系统的相角裕度为
50?c?''c?''c?''cγ=180?arctan ?90??arctan?arctan?arctan?a6?a100\?从而求得?a?0.78rad/s 所以校正网络的传递函数为:
GC(s)?(1?1.28s)(1?0.5s)
(1?64s)(1?0.01s)
已校正系统的传递函数为:
GC(s)G0(s)?2160(1?1.28s)(1?0.5s)
s(1?0.167s)(1?64s)(1?0.01s)
最后,用计算的方法把相角裕度以及幅值裕度进行校正
γ?180?arctan1.26?90??arctan0.164?arctan64?arctan0.015''? 幅值裕度h=26dB满足要求
校正前后奈奎斯特图
设计总结
系统的校正问题,是一种原理性的局部设计。问题的提法是在系统的基本部分,通常是对象、执行机构和测量元件等主要部件,已经确定的条件下,设计校正装置的传递函数和调整系统放大系数。使系统的动态性能指标满足一定的要求。这一原理性的局部设计问题通常称为系统的校正或动态补偿器设计。由于校正装置加入系统的方式不同,所起的作用不同,名目众多的校正设计问题或动态补偿器设计问题,成了控制理论中一个极其活跃的领域,而且它也是最有实际应用意义的内容之一。在这次的课程设计之前,对于自控控制原理的相关知识,我们重新翻看好几遍以前的书本。在校正设计时候,在试取值时需要对校正原理较好的理解才能取出合适的参数,期间我们也不是一次就成功,选了几次才选出比较合适的参数。这种不断尝试的经历让我们养成一种不断探索的科学研究精神,这对于将来想从事技术行业的学生这是很重要的。
通过课程设计我学到不少东西,不但对自动原理的知识巩固了。同时,这次期末的课程设计,使我认识到自己这学期对这门课程的学习还远远不够,还没有较好地将书本中的知识较好地融合,这为我在以后的学习中敲了一记警钟。
最后,通过论文的书写核和题的解决使我自身各方面有了较大的提高。对以前所学的知识点有了更深一步的认识和加强,发现自己的优缺点在以后的岁月里,更加孜孜不倦的努力。
参考文献
[1] 胡寿松 自动控制原理 科学出版社 [2]唐小军 西安交通大学远程教育课程
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