控制系统串联校正设计..

河南科技大学 课 程 设 计 说 明 书

课程名称 控制理论课程设计 题 目 控制系统串联校正设计

学 院 农业工程学院 班 级 农电131 学生姓名 刘宁 指导教师 高春艳 日 期 2015年12月2日

控制理论课程设计任务书

设计题目： 控制系统串联校正设计 一、设计目的

掌握自动控制系统分析、设计和校正的方法；掌握应用MATLAB语言分析、设计和校正控制系统的方法；培养查阅图书资料的能力；培养使用MATLAB语言软件应用的能力、培养书写技术报告的能力。 二、设计任务及要求

应用时域法、频域法或根轨迹法设计校正系统，根据控制要求，制定合理的设计校正方案；编写相关MATLAB程序，绘制校正前后系统相应图形，求出校正前后系统相关性能指标；比较校正前后系统的性能指标；编制设计说明书。 三、设计要求

已知单位负反馈系统的开环传递函数G?s??6，试用频率法设2s(s?4s?6)计校正装置使系统的速度误差系数Kv?1，相位裕度为??40?，剪切频率

?c?0.09?0.01rad/s。

四、设计时间安排

查找相关资料（1天）；编写相关MATLAB程序，设计、确定校正环节、校正（２天）；编写设计报告（1天）；答辩修改（1天）。 五、主要参考文献

1.梅晓榕. 自动控制原理, 科学出版社.

2.胡寿松. 自动控制原理（第五版）, 科学出版社.

3.邹伯敏, 自动控制原理,机械工业出版社.

4.黄忠霖，自动控制原理的MATLAB实现，国防工业出版社. 指导教师签字：

2015年 12 月 2日

摘 要

本文首先用Matlab软件绘制出校正前系统的bode图和单位斜坡信号响应图，通过对校正前系统bode图和单位斜坡信号响应图的分析和相关数据的计算得出校正前系统的速度误差系数、相位裕度和剪切频率不满足设计要求，所以需要校正才能满足设计要求。

根据校正前系统参数和设计的要求，得出可以用串联滞后校正这一结论并进行第一次校正，然后通过理论计算，得出校正环节的传递函数，并用Matlab软件绘制出第一次校正后系统的bode图和单位斜坡信号响应图得出第一次校正后系统的速度误差系数、相位裕度和剪切频率仍不满足设计要求，所以需要修改校正环节传递函数。

根据第一次校正后系统的相位裕度和剪切频率，在第一次校正环节传递函数的基础上增加了比例校正环节，并用Matlab软件绘制出第二次校正后系统的bode图和单位斜坡信号响应图得出第二次校正后系统的速度误差系数、相位裕度和剪切频率满足设计要求。

最后用Matlab软件把校正前系统的开环传递函数和第二次校正后系统的开环传递函数的bode图绘制到一张图上进行比较明显地看出系统的相位裕量??43.2??40?、剪切频率?c左移到?c?0.0961rad/s处，满足设计的要求。

关键词：滞后校正，Matlab软件，bode图，剪切频率，相位裕度

目 录

第一章 绪论 ....................................................................................... 1

§1.1 设计目的和意义 .................................................................................... 1 §1.2 设计题目和要求 .................................................................................... 1

第二章 设计思路 ................................................................................. 3

§2.1 校正前系统分析 .................................................................................... 3 §2.2第一次校正思路 ..................................................................................... 6 §2.3 第二次校正思路 .................................................................................... 9

第三章 设计结论 ............................................................................... 14 第四章 设计总结...............................................................................15 参考文献 ............................................................................................. 16

第一章 绪论

在进行系统设计时，常常遇到初步设计出来的系统不能满足已给出的所有性能指标的要求。这样就得在原系统的基础上采取一些措施，即对系统加以“校正”。所谓“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。这一附加的装置称为校正装置。加入校正装置后使魏校正系统的缺陷得到补偿，这就是校正的作用。本文主要探讨串联校正。

§1.1 设计目的和意义

目的：（1）、理解在自动控制系统中对不同的系统选用不同的校正方式，以保证得到最佳的系统。

（2）、理解相位裕度，误差系数，剪切频率等参数的含义。 （3）、学习MATLAB在自动控制中的应用，会利用MATLAB提供的函数求出所需要得到的实验结果。

意义：（1）、通过课程设计进一步掌握自动控制原理课程的有关知识，加深对所学内容的理解，提高解决实际问题的能力。

（2）、从总体上把握对系统进行校正的思路，能够将理论运用于实际。

§1.2 设计题目和要求

设计题目：已知单位负反馈系统的开环传递函数G?s??6，试用频2s(s?4s?6)率法设计校正装置使系统的速度误差系数Kv?1，相位裕度为??40?，剪切频率?c?0.09?0.01rad/s。

设计要求：（1）分析设计要求，说明校正的设计思路（超前校正，滞后 校正或滞后－超前校正）。

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