9转子绕线机控制系统的串联滞后超前校正设计汇总
滞后超前校正控制器设计
《计算机控制》课程设计报告题目: 滞后-超前校正控制器设计姓名: 胡志峰学号: 1002301052013年7月12日《计算机控制》课程设计任务书指导教师签字：系（教研室）主任签字：2013年7 月5 日一、实验目的完成滞后 - 超前校正控制器设计二、实验要求熟练掌握 MATLAB 设计仿真滞后-超前校正控制器、运用Protel 设计控制器硬件电路图，以及运用MCS-51单片机C 或汇编语言完成控制器软件程序编程。
三、设计任务设单位反馈系统的开环传递函数为 )160)(110()(0++=ss s K s G ，采用模拟设计法设计滞后-超前校正数字控制器，使校正后的系统满足如下指标： (1) 当t r = 时，稳态误差不大于1/126； (2) 开环系统截止频率 20≥c ω rad/s ； (3) 相位裕度o 35≥γ 。
四、 实验具体步骤4.1 相位滞后超前校正控制器的连续设计校正方案主要有串联校正、并联校正、反馈校正和前馈校正。
确定校正装置的结构和参数的方法主要有两类：分析法和综合法。
分析法是针对被校正系统的性能和给定的性能指标，首先选择合适的校正环节的结构，然后用校正方法确定校正环节的参数。
在用分析法进行串联校正时，校正环节的结构通常采用超前校正、滞后校正和滞后-超前校正这三种类型。
超前校正的作用在于提高系统的相对稳定性和响应的快速性,滞后校正的主要作用是在不影响系统暂态性能的前提下,提高低频段的增益，改善系统的稳态特性，而滞后超前校正环节则可以同时改善系统的暂态特性和稳态特性。
这种校正的实质是综合利用了滞后和超前校正的各自特点，利用其超前部分改善暂态特性，而利用滞后部分改善稳态特性，两者各司其职，相辅相成。
(1)调整开环增益 K,使其满足稳态误差不大于1/126;00lim (s)126v s K s G K →=== (1)按求得的开环增益 K=126 绘制 Bode 图4-1所示：图4-1 校正前系统Bode 图图4-2 校正前系统阶跃响应图由图可知：未校正系统的 剪切频率: 032.5/c rad s ω= 相角裕度：011.4γ=-︒ 幅值裕度： 5.120g K dB =-< 相位裕度：24.5/g rad s ω=以上计算以及仿真结果可知，系统不稳定，需要进行校正，由于0c ω附近频段内0(s)G 的对数幅频渐近线以 -40dB/dec 穿过 0dB 线，只加一个超前校正网络其相角超前量有可能不足以满足相位裕度的要求 ， 可以设想如果让中频段(0c ω附近)衰减，再由超前校正发挥作用，则有可能满足指标要求，而中频段衰减正好可以用滞后校正完成。
串联滞后超前校正
6－4 串联迟后－超前校正一、迟后－超前校正网络串联迟后－超前校正，可以通过单独的迟后网络和超前网络来实现，如图6－12（a ）。
也可以通过相位迟后－超前网络来实现，如图6－12（b ）所示。
图6－12（b ）所示网络传递函数为1)()1)(1()(212211*********++++++=s C R C R C R s C C R R s C R s C R s G c 11112211++++=s aT s T s a T s T （6－9） 式中 111T C R = ；222T C R =21212211aT aT C R C R C R +=++， （1>a ） 式中迟后校正部分为)1()1(22++s aT s T ；超前校正部分为)1()1(11++s aT s T 。
其对数频率特性曲线如图6－13所示。
由图可见，在频率ω由零增加到1ω的频段内，该网络呈现积分性质，具有迟后相角。
也就是说，在0～1ω频段里，相角迟后－超前网络具有单独的迟后校正特性；而在1ω～∞频段内，呈现微分性质，具有超前相角。
所以它将起单独的超前校正作用。
不难计算，对应相角等于零处的频率1ω为 2111T T =ω （6－10）二、串联迟后－超前校正应用串联迟后－超前校正设计，实际上是综合地应用串联迟后校正与串联超前校正的设计方法。
当未校正系统不稳定，且校正后系统对响应速度、相角裕量和稳态精度的要求均较高时，以采用串联迟后－超前校正为宜。
利用迟后－超前网络的超前部分来增大系统的相角裕量，同时利用迟后部分来改善系统的稳态性能或动态性能。
下面举例说明串联迟后－超前校正设计的一般步骤。
【例6－4】 设单位反馈系统，其开环传递函数为)15.0)(1()(++=s s s K s G 要求：（1）开环放大系数110-=s K ；（2）相角裕量︒=50γ；（3）幅值裕量dB h 10=；试确定串联迟后－超前校正网络的传递函数)(s G c 。
滞后-超前校正
图6－10 例6－3对应的波特图
22
通常式(6-5）的传递函数可以通过图6－11所示 的无源网络来实现。
U c ( s) R2Cs 1 Gc (s) U r (s) ( R1 R2 )Cs 1
23
三、滞后－超前校正
• 为了全面提高系统的动态品质，使稳态精 度、快速性和振荡性均有所改善，可同时 采用滞后与超前的校正，并配合增益的合 理调整。 • 鉴于超前校正的转折频率应选在系统中频 段，而滞后校正的转折频率应选在系统的 低频段，因此可知滞后—超前串联校正的 传递函数的一般形式应为
4.熟练掌握串联校正(串联超前、串联滞后)的频率域设 计步骤和方法。了解串联校正的根轨迹设计步骤和 方法。
3
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5.正确理解反馈校正的特点和作用。能通过传递函数 分解为典型环节的方法，比较说明加入反馈局部 校正的作用。 6.正确理解对控制作用和对干扰作用的两种附加前置 校正的特点、使用条件及其作用，会使用等效系 统开环频率特性分析或用闭环零、极点比较分析 来说明前置校正的作用。 7.了解其他一些改善系统性能的手段与方法。
第六章
控制系统的校正
1
主要内容
6－1 系统校正设计基础 6－2 串联校正 6－3 串联校正的理论设计方法
6－4 反馈校正
6－5 复合校正
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2
基本要求
1.正确理解串联超前、串联滞后、串联滞后-超前三种校 正的特性及对系统的影响。 2.掌握基本的校正网络及运算电路。
3.熟练掌握运用(低、中、高)三频段概念对系统校正前、 后性能进行定性分析、比较的方法。
Ta R1C1
（6-10）
Tb R2C2
Tb Ta
a 1
9转子绕线机控制系统的串联滞后超前校正设计解析
在控制工程中用得最广的是电气校正装置，它不但可应用于电的控制系统，而且通过将非电量信号转换成电量信号，还可应用于非电的控制系统。
控制系统的设计问题常常可以归结为设计适当类型和适当参数值的校正装置。
校正装置可以补偿系统不可变动部分（由控制对象、执行机构和量测部件组成的部分）在特性上的缺陷，使校正后的控制系统能满足事先要求的性能指标。
常用的性能指标形式可以是时间域的指标，如上升时间、超调量、过渡过程时间等（见过渡过程），也可以是频率域的指标，如相角裕量、增益裕量（见相对稳定性）、谐振峰值、带宽（见频率响应）等。
常用的串联校正装置有超前校正、滞后校正、滞后-超前校正三种类型。
在许多情况下,它们都是由电阻、电容按不同方式连接成的一些四端网络。
各类校正装置的特性可用它们的传递函数来表示，此外也常采用频率响应的波德图来表示。
不同类型的校正装置对信号产生不同的校正作用，以满足不同要求的控制系统在改善特性上的需要。
在工业控制系统如温度控制系统、流量控制系统中，串联校正装置采用有源网络的形式，并且制成通用性的调节器，称为PID（比例-积分-微分）调节器,它的校正作用与滞后-超前校正装置类同。
摘要 (1)ABSTRACT (2)1 课程设计目的及要求 (3)1.1目的 (3)1.2要求 (3)1.3方案比较分析 (3)2 设计计算与分析 (3)2.1计算幅值与相位裕度 (4)2.2使用MATLAB软件获得系统的伯德图和相位,幅值裕度。
(4)3 确定校正网络传递函数 (6)3.1滞后超前校正设计 (6)3.2校验校正后系统是否满足要求 (6)4. 校正前后系统根轨迹的绘制 (7)4.1校正前系统根轨迹 (7)4.2校正后系统的根轨迹分析 (8)5 系统动态性能的分析 (9)5.1校正前系统的动态性能分析 (9)5.2校正后系统的动态性能分析 (10)心得体会 (13)参考文献 (14)摘要在现代科学技术的众多领域中，自动控制技术起着越来越重要的作用，而自动控制理论是自动控制科学的核心。
转子绕线机的控制原理分析
转子绕线机的控制原理分析转子绕线机是用于对电机转子进行绕线的设备，它的控制原理主要包括机械传动系统和电气控制系统两个方面。
机械传动系统是转子绕线机的核心部分，通过它来实现对转子的精确绕线。
通常，绕线机的主要机械部件包括转子定位装置、绕线架、滑片和主轴等。
转子定位装置通过夹具来固定转子，保证绕线的准确性。
绕线架是用来支撑线圈，使其能够均匀地绕在转子上。
滑片通过螺杆的传动来控制绕线的位置和速度，保证绕线的精确性。
主轴是供给动力的部件，通过电机的驱动使得整个机械系统运转。
电气控制系统是对机械系统进行控制和调节的核心部分。
电气控制系统由PLC （可编程逻辑控制器）、变频器、伺服电机等组成，主要用来控制和调节绕线的速度、角度和位置。
PLC作为控制核心，通过读取传感器信号和用户输入信号，实现对绕线机各个部件的控制和调节。
变频器控制转子绕线机的主轴电机转速，可以根据不同的需求进行精确调节。
伺服电机则用于驱动滑片，使得绕线的位置和速度可以实现高度精确控制。
在转子绕线机的操作过程中，首先需要将转子放置在转子定位装置上，并对其进行固定。
然后，用户可以根据需要设置绕线的参数，如速度、绕线角度、绕线位置等。
这些设置通过PLC控制器进行接收，并传递给相应的驱动器。
驱动器会根据这些设置，控制转子绕线机的运行，实现对转子的精确绕线。
总结起来，转子绕线机的控制原理是通过机械传动系统和电气控制系统相结合的方式，实现对转子的精确绕线。
机械传动系统的主要部分包括转子定位装置、绕线架、滑片和主轴等，电气控制系统由PLC、变频器、伺服电机等组成，用来控制和调节绕线的速度、角度和位置。
通过对转子的准确定位、精确控制绕线参数，可以实现高度精度的转子绕线。
自动控制原理课程设计--串联超前—滞后校正装置
目录一、设计目的-------------------------------------------------------------1二、设计要求-------------------------------------------------------------1三、实现过程-------------------------------------------------------------33.1系统概述-------------------------------------------------------- 33.1.1设计原理------------------------------------------------- 33.1.2设计步骤------------------------------------------------- 43.2设计与分析----------------------------------------------------- 53.2.1校正前参数确定--------------------------------------- 53.2.2确定校正网络的传递函数--------------------------- 53.2.3 理论系统校正后系统的传递函数和BODE 图-- 73.2.4系统软件仿真------------------------------------------ 8四、总结------------------------------------------------------------------15五、参考文献-------------------------------------------------------------16自动控制原理课程设计报告一、设计目的（1）掌握控制系统设计与校正的步骤和方法。
「转子绕线机控制系统的滞后校正设计」
「转子绕线机控制系统的滞后校正设计」转子绕线机控制系统是一种用于电动机转子绕线的设备，通过对转子绕线过程中的参数进行控制，可以提高绕线质量和效率。
在转子绕线机控制系统中，滞后校正是一种常用的控制方法，用于对系统的误差进行校正，以使系统更加稳定和准确。
滞后校正是一种基于反馈控制的校正方法，其基本原理是通过测量系统输出与期望输出之间的差异，对系统的控制输入进行修正。
在转子绕线机控制系统中，通常采用位置传感器来测量转子位置，然后与期望位置进行比较，计算出位置误差。
通过引入滞后校正，可以根据位置误差来调整转子绕线的参数，以达到更好的绕线质量和效率。
滞后校正的设计可以分为几个步骤：首先，需要确定滞后校正的目标。
在转子绕线机控制系统中，滞后校正的目标通常是使转子绕线达到最佳质量，并且尽可能减少绕线时间和浪费。
因此，滞后校正应该针对这些目标进行设计。
其次，需要选择合适的控制算法。
在滞后校正中，通常采用比例-积分-微分（PID）控制算法来对转子绕线机控制系统进行控制。
PID控制算法可以根据位置误差的大小来调整控制输入，使系统的输出更接近期望输出。
然后，需要确定滞后校正的参数。
在PID控制算法中，有三个参数需要进行调整：比例增益、积分时间和微分时间。
比例增益用于调整控制输入与位置误差之间的关系，积分时间用于调整系统对误差的积累程度，微分时间用于调整系统对误差变化率的敏感程度。
通过调整这些参数，可以获得较好的滞后校正效果。
最后，需要进行滞后校正的实施和调试。
在实施滞后校正之前，需要对滞后校正的参数进行合理的选择，并进行调试和优化。
通过不断调整滞后校正的参数，可以使转子绕线机控制系统获得更好的控制效果。
综上所述，滞后校正是一种用于转子绕线机控制系统的常用控制方法，通过对系统误差进行校正，可以提高绕线质量和效率。
在滞后校正的设计中，需要确定校正目标、选择合适的控制算法、确定参数，并进行实施和调试。
通过合理的滞后校正设计，可以使转子绕线机控制系统达到最佳的控制效果。
转子绕线机控制系统的滞后校正设计资料
转子绕线机控制系统的滞后校正设1. 设计目的首先，通过对转子绕线机控制系统的分析，加强对转子绕线机控制系统的 认识，并掌握滞后校正设计的方法。
其次，通过设计，培养分析问题解决问题的 能力。
此外，使用MATLAB^件进行系统仿真，从而进一步掌握 MATLA 的使用2. 设计任务及要求已知转子绕线机控制系统的开环传递函数为：要求系统的静态速度误差系数K -15s，相角裕度-5°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）① MATLAB 作出满足初始条件的最小 K 值的系统伯德图，计算系统的幅值裕度和相位裕度。
② 前向通路中插入一相位滞后校正，确定校正网络的传递函数 ③ 用MATLAB 画出未校正和已校正系统的根轨迹。
②用MATLAB 对校正前后的系统进行仿真分析，画出阶跃响应曲线，计 算其时域性能指标。
课程设计说明书中要求写清楚计算分析的过程，列出MATLAB 程序和MATLAB 输出。
3. 设计方案论证当控制系统的性能指标不能满足期望的特性指标时，需要在已选定的系统 不可变部分（包括测量元件，比较元件，放大元件及执行机构等）的基础上加入 一些装置（即校正装置），使系统能满足各项性能指标。
3.1校正前系统分析用MATLA 作出满足初始条件的最小 K 值的系统伯德图，计算系统的幅值裕G(s)二K s(s 2)( s 10)度和相位裕度。
首先，确定k 值:k - 300则可得到满足初始条件的最小 K 值： k=300那么满足初始条件的最小K 值的系统开环传递函数为:用MATLAB^件作出校正前满足初始条件的最小 k 值的系统伯德图如下MATLAB?序：k0=300;n1=1;d 仁conv(con v([1 0],[1 2]),[1 10]); [mag,phase,w]=bode(kO* n1,d1); figure(1);margi n( mag,phase,w);人=limn sG (s )=limsks(s 2)(s 10)k 20k v -15k 20G(s)=300 s(s 2)(s 10)15 ______ s(0.1s 1)(0.5s 1)图3-1 :校正前满足初始条件的最小 k 值的系统伯德图由伯德图可知系统的幅值裕度G^ -1.94dB」穿越频率W ^4-47rad S" 相角裕度P m 八4.61deg 截止频率W厂4.98rad S"3.2选择校正方案前向通路中插入一相位滞后校正，确定校正网络的传递函数。
自动控制原理--串联超前校正
用频率法对系统进行串联超前校正的一般步骤可归纳为
（校正后截止频率已知）：
根据稳态误差的要求，确定开环增益K。
校正装置传递函数
Gc
(s)
0.4s 0.1s
1 1
画出校正后系统的波德图并验证已校正系统的相角裕度。
校正后系统的开环传递函数为
Gc (s)G0 (s)
10(0.4s 1) s(0.1s 1)(0.8s 1)
开环对数渐进幅频特性如伯特图中红线所示。校正后系 统的相位裕量为
" 180 90 tan1 4 tan1 2 tan1 0.5 50.9
G(S) k S (S 1)
• 若要求系统对单位斜坡输入信号的稳态误差ess 0，.1相角裕
度 45， 试确定系统的串联校正网络
兰----校正前 红色----校正装置 绿色----校正
-20
-40
20
-20
1 2.2
3.1
4.4
8.8 -40
G(s) K s(0.8s 1)
m c 5rad / s（已知） 在校正后系统的开环截止频率处原系统的幅值与校正 装置的幅值大小相等、符号相反
Lo (c)
20
lg
10
c 0.8c
10
lg
由超前校正网络特性
m
T
1
求出α=4 求出T=0.1
方法二
a.根据相位裕量要求估算超前校正装置的相位超前量
满足系统的性能指标要求。
基于上述分析，可知串联超前校正有如下特点：
9转子绕线机控制系统的串联滞后超前校正设计汇总
绪论在控制工程中用得最广的是电气校正装置，它不但可应用于电的控制系统，而且通过将非电量信号转换成电量信号，还可应用于非电的控制系统。
控制系统的设计问题常常可以归结为设计适当类型和适当参数值的校正装置。
校正装置可以补偿系统不可变动部分（由控制对象、执行机构和量测部件组成的部分）在特性上的缺陷，使校正后的控制系统能满足事先要求的性能指标。
常用的性能指标形式可以是时间域的指标，如上升时间、超调量、过渡过程时间等（见过渡过程），也可以是频率域的指标，如相角裕量、增益裕量（见相对稳定性）、谐振峰值、带宽（见频率响应）等。
常用的串联校正装置有超前校正、滞后校正、滞后-超前校正三种类型。
在许多情况下，它们都是由电阻、电容按不同方式连接成的一些四端网络。
各类校正装置的特性可用它们的传递函数来表示，此外也常采用频率响应的波德图来表示。
不同类型的校正装置对信号产生不同的校正作用，以满足不同要求的控制系统在改善特性上的需要。
在工业控制系统如温度控制系统、流量控制系统中，串联校正装置采用有源网络的形式，并且制成通用性的调节器，称为PID （比例-积分-微分）调节器，它的校正作用与滞后-超前校正装置类同。
目录摘要 (1)ABSTRACT (2)1课程设计目的及要求 (3)1.1目的 (3)1.2要求 (3)1.3方案比较分析 (3)2设计计算与分析 (3)2.1计算幅值与相位裕度 (4)2.2使用MATLA软件获得系统的伯德图和相位，幅值裕度。
(4)3确定校正网络传递函数 (6)3.1 滞后超前校正设计 (6)3.2校验校正后系统是否满足要求 (6)4.校正前后系统根轨迹的绘制 (7)4.1校正前系统根轨迹 (7)4.2校正后系统的根轨迹分析 (8)5系统动态性能的分析 (9)5.1校正前系统的动态性能分析 (9)5.2校正后系统的动态性能分析 (10)心得体会 (13)参考文献 (14)摘要在现代科学技术的众多领域中，自动控制技术起着越来越重要的作用，而自动控制理论是自动控制科学的核心。
转子绕线机控制系统的串联滞后超前校正设计
题 目: 转子绕线机控制系统的串联滞后超前校正设计 初始条件：已知转子绕线机控制系统的开环传递函数是)15)(5()(++=s s s Ks G要求系统的静态速度误差系数120v K s -≥，相角裕度ο60≥γ。
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）（1） MATLAB 作出满足初始条件的最小K 值的系统伯德图，计算系统的幅值裕度和相位裕度。
（2） 前向通路中插入一滞后超前校正装置，确定校正网络的传递函数。
（3） 用MATLAB 画出未校正和已校正系统的根轨迹。
（4） 用Matlab 对校正前后的系统进行仿真分析，画出阶跃响应曲线，计算其时域性能指标。
（5） 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：指导教师签名： 年 月 日 系主任（或责任教师）签名： 年 月 日目录摘要 ............................................................ 13 1 滞后-超前校正的原理 . (14)2 串联滞后-超前校正Bode图设计方法 (15)3 校正前系统分析 (16)3.1校正前系统的Bode图 (16)3.2校正前系统的根轨迹图 (17)3.3校正前系统的阶跃响应曲线 (17)4 滞后-超前校正后的传递函数确定 (19)4.1确定滞后校正网络的参数 (19)4.2确定超前校正网络的参数 (19)4.3确定校正后的传递函数 (19)4.4滞后-超前传递函数计算 (20)5 校正后系统分析 (21)5.1校正后系统的Bode图 (21)5.2校正后系统的根轨迹图绘制 (22)5.3校正后系统的阶跃响应曲线 (23)总结 (24)参考文献 (25)本科生课程设计成绩评定表......................... 错误!未定义书签。
自动控制原理--串联滞后校正
1 c G s 1 aTs
aT 10
1 Ts
a 1
➢适用对象： （1）原系统动态性能已满足要求,而稳态性能较差 （2）对系统快速性要求不高，而抗干扰性能要求较高
的系统；
➢缺点：降低了系统的快速性
2
3
4
25
2
1
校验
滞后校正分析：
利用滞后网络对系统进行校正对其性能有如下影响：
1、利用低通滤波器来改变幅值曲线低频段的值， 使幅值穿越频率减小，而在穿越频率附近保持相频 特性不变；
2、低通滤波器对低频信号具有较强的放大能力， 从而可以降低系统的稳态误差；
3、在穿越频率处系统-20dB/dec过0dB线，谐振 峰值变小，稳定性变好；
确定滞后校正 装置的参数
Lc 20lg a
a 0.2
L,
20
1
1
40
T
aT
100
0.1
1
10 25
1
1 c 2秒1 aT 10
2
T 2.5
3
4
Gc
s
1 1
0.5s 2.5s
1
校正前系统的bode图
L,
20
40
20
40
0.1 0.4
1 2
10
' c
25
100 1
40
2
0.005
( )
[20]
[20]
G0Gc
0.05 0.1
G0
[40] 0.5
12
[40]
[60]
[60]
0 0.01
0.1
1
Gc
900 1800
转子绕线机控制系统的滞后校正设计
课程设计课程设计任务书学生姓名：化学院题目: 转子绕线机控制系统的滞后校正设计初始条件：已知转子绕线机控制系统的开环传递函数为:要求系统的静态速度误差系数151-≥s K v ，相位裕度 56≥γ。
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）1、 用MATLAB 作出满足初始条件的最小K 值的系统的伯德图，计算系统的幅值裕度和相位裕度。
2、 前向通路中插入一相位滞后校正，确定校正网络的传递函数。
3、 用MATLAB 画出未校正和已校正系统的根轨迹。
4、 用MATLAB 对校正前后的系统进行仿真分析，画出阶跃响应曲线，计算其时域性能指标。
5、 课程设计说明书中要求写清楚计算分析的过程，列出MATLAB 程序和MATLAB 输出。
说明书的格式按照教务处标准书写。
时间安排:指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日)01)(1()(++=s s s Ks G目录摘要 ----------------------------------------------- 1 1设计目的、要求及原理------------------------------ 21.1设计目的-------------------------------------- 21.2 设计要求------------------------------------- 21.3设计原理-------------------------------------- 2 2设计分析与计算------------------------------------ 32.1最小K值的系统频域分析------------------------ 32.2滞后校正函数计算------------------------------ 4 3用MATLAB画校正前后的轨迹------------------------- 83.1校正前的根轨迹-------------------------------- 83.2校正后的根轨迹-------------------------------- 9 4用Matlab对校正前后的系统进行仿真分析------------ 114.1校正前系统----------------------------------- 114.2校正后系统----------------------------------- 13 心得体会 ------------------------------------------ 15 参考文献 ------------------------------------------ 16摘要自动控制技术已广泛应用于制造业、农业、交通、航空及航天等众多产业部门，极大地提高了社会劳动生产率，改善了人们的劳动条件，丰富和提高了人民的生活水平。
转子绕线机控制系统的串联滞后超前校正设计自控课设报告
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: 转子绕线机控制系统的串联滞后-超前校正设计 初始条件：已知转子绕线机控制系统的开环传递函数:)10)(5()(++=s s s K s G 要求系统的静态速度误差系数115-≥s K v ， 60≥γ。
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）1、 M ATLAB 作出满足初始条件的最小K 值的系统伯德图，计算系统的幅值裕度和相位裕度。
2、 前向通路中插入一滞后超前校正装置，确定校正网络的传递函数。
3、 用Matlab 画出未校正和已校正系统的根轨迹。
4、 用Matlab 对校正前后的系统进行仿真分析，画出阶跃响应曲线，计算其时域性能指标。
5、 课程设计说明书中要求写清楚计算分析的过程，列出MATLAB 程序和MATLAB 输出。
说明书的格式按照教务处标准书写。
时间安排：指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月目录摘要 (1)1初始条件 (2)2设计任务 (2)3设计原理 (2)4设计分析与计算 (2)4.1最小K值的系统频域分析 (2)4.2滞后—超前校正网络的确定 (4)4.3根轨迹的绘制 (5)4.4系统仿真 (7)心得体会 (10)参考文献 (11)摘要MATLAB是矩阵实验室的简称，是一个在数值计算方面首屈一指的数学类科技应用软件。
利用MATLAB对自动控制系统进行分析求解十分简便。
本次课程设计是利用滞后-超前校正网络来校正系统以改善系统性能，首先应该根据原有系统和初始条件要求来确定校正系统，然后利用MATLAB分析校正后的系统是否达到要求以及其性能。
关键词：MATLAB 滞后—超前校正系统分析转子绕线机控制系统的串联滞后-超前校正设计1初始条件已知转子绕线机控制系统的开环传递函数:)10)(5()(++=s s s K s G 要求系统的静态速度误差系数115-≥s K v ， 60≥γ。
串联超前校正设计
目录绪论 (3)1设计题目和设计要求 (4)1.1设计题目 (4)1.1.1题目 (4)1.1.2初始条件 (4)1.1.3设计要求 (4)1.1.4主要任务 (4)2设计原理 (5)2.1滞后-超前校正原理 (5)3设计方案 (7)3.1校正前系统分析 (7)3.1.1确定未校正系统的传递函数 (7)3.1.2未校正系统的伯德图和单位阶跃响应曲线和根轨迹 (7)3.2 未校正系统性能分析 (10)3.2.1未校正系统的相角裕度和幅值裕度 (10)3.2.2分析系统稳定时参数K的取值范围 (10)3.2.3系统的动态性能 (10)3.3方案选择 (10)4设计分析与计算 (11)4.1校正环节参数计算 (11)4.1.1确定系统的开环增益K (11)ϕ (11)4.1.2确定需要增加的超前相角c4.1.3确定校正装置的参数α (11)4.1.1确定校正传递函数 (11)4.2已校正系统传递函数 (11)5已校正系统的仿真波形及仿真程序 (12)5.1已校正系统的根轨迹 (12)5.2已校正系统的伯德图 (13)5.3已校正系统的单位阶跃响应曲线 (14)6系统校正前后图形对比 (17)6.1对比图与程序 (17)6.1.1系统校正前后伯德图 (17)6.1.2系统校正前后阶跃响应曲线 (18)结论 (19)参考文献 (21)附录 (23)总程序 (23)绪论《自动控制原理》在工程应用中有了不可缺少作用，拥有非常重要的地位，一个理想的控制系统更是重要。
然而，理想的控制系统是难以实现的。
要想拥有一个近乎理想的控制系统，就得对设计的控制系统进行校正设计。
对于一个控制系统，要想知道其的性能是否满足工程应用的要求，就得对系统进行分析。
对性能指标不满足要求的系统必须对其校正，目前常用的无源串联校正方法有超前校正、滞后校正和滞后-超前校正。
滞后-超前校正方法融合了超前和滞后校正的特点，具有更好的校正性能。
在校正设计过程中需要利用仿真软件MATLAB绘制系统的伯德图、根轨迹和单位阶跃响应曲线以获得系统的相关参数。
转子绕线机控系统的滞后校正设计
自动控制技术是生产过程中的关键环节，也是许多高新技术产品的核心技术。
自动控制技术广泛应用于制造业、农业、交通、航空及航天等众多产业部门，极大的提高了社会劳动生产率，改善了人们的劳动条件，丰富和提高了人民的生活水平研究分析系统有时域分析法和频率法。
时域分析是通过求解系统的微分方程来研究和分析系统，而频率法可以直观的分析系统的稳定性。
在此次课程设计中需要对系统进行频域分析，通过引入滞后校正，利用滞后校正的高频衰减的特性，降低截止频率，提高相位裕度，不影响频率特性的低频段。
由此可见，滞后校正在一定的条件下，也能使系统同时满足动态和静态的要求。
可运用于以下场所：1.在系统响应速度要求不高而抑制噪声电平性能要求较高的情况下，可考虑采用串联滞后校正。
2.保持原有的已满足要求的动态性能不变，而用以提高系统的开环增益，减小系统的稳态误差。
MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。
MATLAB在自动控制理论诸多数据分析研究、数学模型的运算、数据的分析、模拟实验等过程中有着广泛的应用。
怎样确定控制系统的性能指标是控.制系统的分析问题，怎样使自动控制系统的性能指标满足设计要求是控制系统的设计与改造问题。
用MATLAB辅助计算可以大大节省时间，方便系统设计。
前言 (1)任务书 (3)1、利用MATLAB进行系统的频域分析1.1绘制满足初始条件最小K值的bode图 (4)1.2相位裕度和截止频率 (5)2、相位滞后校正网络传递函数 (7)3、用MATLAB画根轨迹3.1校正前系统根轨迹 (7)3.2校正后系统根轨迹 (9)4、检验校正结果 (10)体会与收获 (12)课程设计任务书题 目: 转子绕线机控制系统的滞后校正设计。
转子绕线机控制系统的滞后校正设计
转子绕线机控制系统的滞后校正设计1设计目的由于滞后校正网络具有低通滤波器的特性, 因而当它与系统的不可变部分串联相连时, 会使系统开环频率特性的中频和高频段增益降低和截止频率Ｗc减小, 从而有可能使系统获得足够大的相位裕度, 它不影响频率特性的低频段。
由此可见, 滞后校正在一定的条件下, 也能使系统同时满足动态和静态的要求。
可运用于以下场所: 1.在系统响应速度要求不高而抑制噪声电平性能要求较高的情况下, 可考虑采用串联滞后校正。
2.保持原有的已满足要求的动态性能不变, 而用以提高系统的开环增益, 减小系统的稳态误差。
2设计要求1. MATLAB作出满足初始条件的最小K值的系统伯德图, 计算系统的幅值裕度和相位裕度。
2. 前向通路中插入一相位滞后校正, 确定校正网络的传递函数。
3. 用MATLAB画出未校正和已校正系统的根轨迹。
4．用Matlab对校正前后的系统进行仿真分析, 画出阶跃响应曲线, 计算其时域性能指标。
5．课程设计说明书中要求写清楚计算分析的过程, 列出MATLAB程序和MATLAB输出。
说明书的格式按照教务处标准书写。
3设计原理利用滞后网络进行串联校正控制的基本原理, 是利用滞后网络的高频幅值衰减特性, 使已校正的系统截止频率下降, 从而使系统获得足够的相角裕度。
因此, 滞后网络的最大滞后角应力求避免发生在系统截止频率附近。
在系统响应速度要求不高而抑制噪声电平性能要求较高的情况下, 可采用串联校正。
此外, 如果待校正的系统已具备满意的动态性能, 仅稳态性能不满足指标要求, 也可采用串联滞后校正以提高系统的稳态精度, 同时保持其动态性能仍满足要求。
如果所研究的系统为单位反馈最小相位系统, 则应用频率法设计串联滞后校正网络的步骤如下：4设计分析与计算4.1最小K 值的系统频域分析已知转子绕线机控制系统的开环传递函数是: )10)(2()(++=s s s Ks G （静态误差系数115-≥s K v ）所以最小的K 值为: K=300101520/)(lim -→≥==s K s sG K s v故:相位裕度: 先求穿越频率 221004300|10||2|||300)(ωωωω++=+⨯+⨯=s s s A在穿越频率处 =1,由于w 较小, 故可以近似为,1410300)(2=+=ωωωA 解得Wc ≈5rad/s穿越频率处的相角为:相角裕度为: deg幅值裕度:先求相角穿越频率:即:由三角函数关系得: 0.525.11004300)(22≈++=ggg g A ωωωω所以, 幅值裕度为:使用MATLAB 软件可直接得到系统的BODE 图和相角,幅值裕度。
转子绕线机控制系统的滞后校正设计课程设计
课程设计题目转子绕线机控制系统的滞后校正设计学院自动化学院自动化课程设计任务书学生姓名： __________ 专业班级：自动化1304班 _______ 指导教师： xxx 工作单位：自动化学院 _________ 题目：转子绕线机控制系统的滞后校正设计初始条件：已知转子绕线机控制系统的开环传递函数为：要求系统的静态速度误差系数 K-15S 」，相角裕度_50 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） 1、 用MATLAB^出满足初始条件的最小 K 值的系统伯德图，计算系统的幅值裕度和相位 裕度。
2、 前向通路中插入一相位滞后校正，确定校正网络的传递函数。
3、 用MATLA 画出未校正和已校正系统的根轨迹。
4、 用MATLA 对校正前后的系统进行仿真分析，画出阶跃响应曲线，计算其时域性能指 标。
5、 课程设计说明书中要求写清楚计算分析的过程， 列出MATLA 程序和MATLA 输出。
说明书的格式按照教务处标准书写。
时间安排：G(s)=K s(s 2)(s 10)指导教师签名:系主任（或责任教师）签名:目录摘要 (1)1设计要求 (2)2设计方案 (2)3设计原理 (2)4设计分析与计算 (3)4.1最小k值频率分析 (3)4.2滞后校正函数计算 (4)5仿真程序与波形图案 (6)5.1根轨迹 (6)5.1.1待校正系统根轨迹 (6)5.1.2校正后系统根轨迹 (7)5.2阶跃响应曲线及其时域性能指标 (9)5.2.1待校正系统时域分析 (9)5.2.2校正后系统时域分析 (11)6结果分析 (14)7心得体会 (14)参考文献 (15)摘要在现代科学技术的众多领域中，自动控制技术起着越来越重要的作用。
所谓自动控制，是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。
自动控制技术是生产过程中的关键技术，也是许多高新技术产品中的核心技术。
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在控制工程中用得最广的是电气校正装置，它不但可应用于电的控制系统，而且通过将非电量信号转换成电量信号，还可应用于非电的控制系统。
控制系统的设计问题常常可以归结为设计适当类型和适当参数值的校正装置。
校正装置可以补偿系统不可变动部分（由控制对象、执行机构和量测部件组成的部分）在特性上的缺陷，使校正后的控制系统能满足事先要求的性能指标。
常用的性能指标形式可以是时间域的指标，如上升时间、超调量、过渡过程时间等（见过渡过程），也可以是频率域的指标，如相角裕量、增益裕量（见相对稳定性）、谐振峰值、带宽（见频率响应）等。
常用的串联校正装置有超前校正、滞后校正、滞后-超前校正三种类型。
在许多情况下,它们都是由电阻、电容按不同方式连接成的一些四端网络。
各类校正装置的特性可用它们的传递函数来表示，此外也常采用频率响应的波德图来表示。
不同类型的校正装置对信号产生不同的校正作用，以满足不同要求的控制系统在改善特性上的需要。
在工业控制系统如温度控制系统、流量控制系统中，串联校正装置采用有源网络的形式，并且制成通用性的调节器，称为PID（比例-积分-微分）调节器,它的校正作用与滞后-超前校正装置类同。
摘要 (1)ABSTRACT (2)1 课程设计目的及要求 (3)1.1目的 (3)1.2要求 (3)1.3方案比较分析 (3)2 设计计算与分析 (3)2.1计算幅值与相位裕度 (4)2.2使用MATLAB软件获得系统的伯德图和相位,幅值裕度。
(4)3 确定校正网络传递函数 (6)3.1滞后超前校正设计 (6)3.2校验校正后系统是否满足要求 (6)4. 校正前后系统根轨迹的绘制 (7)4.1校正前系统根轨迹 (7)4.2校正后系统的根轨迹分析 (8)5 系统动态性能的分析 (9)5.1校正前系统的动态性能分析 (9)5.2校正后系统的动态性能分析 (10)心得体会 (13)参考文献 (14)摘要在现代科学技术的众多领域中，自动控制技术起着越来越重要的作用，而自动控制理论是自动控制科学的核心。
自动控制理论自至今已经过了三代的发展。
现代控制理论已广泛应用于制造业、农业、交通、航空及航天等众多产业部门。
自动控制理论从线性近似到非线性系统的研究取得了新的成就，借助微分几何的固有非线性框架来研究非线性系统的控制，已成为目前重要研究方向之一。
在控制技术需求推动下，控制理论本身也取得了显著进步。
为了实现各种复杂的控制任务首先要将被控制对象和控制装置按照一定的方式连接起来，组成一个有机整体，这就是自动控制系统。
本次课程设计是利用滞后-超前校正网络来校正系统以改善系统性能，首先应该根据原有系统和初始条件要求来确定校正系统，然后利用MATLAB分析校正后的系统是否达到要求以及其性能。
关键字：自动控制 matlab 滞后-超前校正系统分析AbstractIn many fields of modern science and technology, automatic control technology plays a more and more important role. Automatic control theory has been developed for three generations. Modern control theory has been widely used in many industries, such as manufacturing, agriculture, transportation, aviation and aerospace. Automatic control theory has made new achievements from the linear approximation to the nonlinear system research, control of nonlinear systems with inherent nonlinear framework of differential geometry, and has now become one of the important research direction. The control theory itself has also made remarkable progress in the demand of control technology. In order to achieve a variety of complex control tasks, the control object and the control device are connected in a certain way.The curriculum design is the use of lead lag controller to correct the system to improve system performance, we should according to the requirements of the original system and the initial conditions to determine the correction system, and then use the MA TLAB analysis of the corrected system meets the requirement and its performance.Keywords: automatic control matlab lag lead correction system analysis1 课程设计目的及要求1.1目的滞后校正在一定的条件下,能使系统同时满足动态和静态的要求，因此通过对已知系统的分析与计算，增加一滞后超前校正装置，来求得适合的参数最优化系统性能。
1.2要求用matlab软件完成相应的设计与模拟，并且要求系统的静态速度误差系数。
1.3 方案比较分析校正就是在系统不可变部分的基础上，加入适当的校正元件，使系统满足给定的性能指标。
常用的方法有超前校正，滞后校正和滞后-超前校正。
超前校正的基本原理就是利用超前相角补偿系统的滞后相角，改善系统的动态性能，如增加相角裕度，提高系统稳定性能等。
但是串联超前校正给系统中频段增加理论上不超过90，实际上一般不超过65的相角，提高系统的稳定裕度，但降低了抗干扰性能（高频）。
滞后校正的基本原理是利用滞后网络的高频幅值衰减特性使系统截止频率下降，从而使系统获得足够的相角裕度。
串联滞后校正降低系统的截止频率，提高系统的相角裕度，但降低了快速性。
（带宽减小降低快速性）在系统响应速度要求不高而抑制噪声电平性能要求较高的情况下，可以考虑采用串联滞后校正。
此外，如果待校正系统已具备满意的动态性能，仅稳态性能不能满足指标要求，也可以采用串联滞后校正以提高系统的稳态精度，同时保持其动态性能仍然满足性能指标要求。
2 设计计算与分析102050/)(lim -→≥==s K s sG K s v )10)(5()(++=s s s K s G )10)(5(1000)(++=s s s s G 22100251000)(ωωωω++=A 2.1 计算幅值与相位裕度已知转子绕线机控制系统的开环传递函数是： 静态误差系数120-≥s K v 。
因为 所以最小的K 值：1000=k ，故传递函数为： (1)相位裕度穿越频率： 在穿越频率处1)(=c A ω解得s rad w /13.8c =穿越频率处的相角为：︒-=---=--52.1871.02.090)(11c c c tg tg ωωωϕ相角裕度为：︒-=+︒=52.7)(180c ωϕγ(2)幅值裕度相角穿越频率︒-=---=--1801.02.090)(11g g g tg tg ωωωϕ：即：︒=+--901.02.011g g tg tg ωω由三角函数关系得：0.27.07,11.0==⨯g g g ωωω解得：则 334.1100251000)(22≈++=g g g g A ωωωω2.2使用MATLAB 软件获得系统的伯德图和相位,幅值裕度。
校正前的开环传递函数为：()()()1051000++=s s s s G MATLAB 程序如下:d1=[1,0];d2=[1,5];d3=[1,10];den1=conv(d1,d2);den=conv(den1,d3);num=[1000];g0=tf(num,den); %建立开环系统模型[gm,pm,wcg,wcp]=margin(g0);margin(g0); %绘制伯德图，计算幅值裕度，相角裕度 figure(1)运行后可得校正前系统伯德图，如图2-1所示。
图2-1 校正前系统伯德图分析：幅值裕度：h=-2.5dB相角裕度：0γ=-7.52deg穿越频率：xω=7.07rad/sec截止频率：cω=8.13rad/sec由此可见)(,0<<dbhγ说明系统不稳定且不满足要求︒≥60γ，所以需要对系进行校正改进。
)21)(/11()21)(11()(s T s T s T s T s Gc ββ++++=)7.991)(09.01()1.31)(88.21()(s s s s s Gc ++++=3 确定校正网络传递函数3.1 滞后超前校正设计设滞后—超前校正网络的传递函数为： 选择校正后截止频率：取180-=ϕ处的频率为校正后的截止频率，即s rad c /13.8'=ω。
确定校正参数β：它由超前部分应产生的超前相角φ确定，由于幅值裕度 60≥γ，则取φ=70°，得β=(1+sin φ)/(1-sin φ)=32.16。
确定滞后校正部分的参数T2： 取25/'/12c T ω=，得T2=3.1。
确定超前校正部分的参数T1：过点（7.07,0）做20dB/dec 直线，与0dB 的交点坐标为β/T1，得T1=2.88。
所以滞后—超前校正传递函数为：3.2 校验校正后系统是否满足要求校正后的传递函数为：()()()())7.991)(09.01()1.31)(88.21(1051000s s s s s s s s G s G c ++++⋅++= 用MATLAB 画出校正后系统的伯德图，程序如下。
n1=1000;d1=conv(conv([1 0],[1 5]),[1 10]);s1=tf(n1,d1);s2=tf([2.88 1],[0.09 1]);s3=tf([3.1 1],[99.7 1]);sope=s1*s2*s3;margin(sope)可得到如图3-1所示校正后的系统伯德图。