自控课设

学号11390237

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

学生姓名太贻炜

班级2011级电气3班

成绩

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2011级 3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：

设单位反馈系统的开环传递函数为： G s K

s s s ()()(.)

=

++10251

要求校正后系统的静态速度误差系数Ｋv ≥5(rad/s)，截止频率ωc ≥2(rad/s)，相角裕度γ

≥45°，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。 3、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 (2)

2.3原系统的Nyquist曲线 (3)

2.4原系统的根轨迹 (4)

三、校正装置设计 (5)

3.1 校正方案的确定 (5)

3.3 校正装置的Bode图 (6)

四、校正后系统的分析 (7)

4.1校正后系统的单位阶跃响应曲线 (7)

4.2 校正后系统的Bode图 (8)

4.3 校正后系统的Nyquist曲线 (9)

4.4 校正后系统的根轨迹 (9)

4.5校正后系统的Simulink仿真框图 (10)

五、总结 (11)

一、绪论

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。

设计控制系统的目的，试讲构成控制器的各元件与被控对象适当组合起来，是指满足表征控制精度、阻尼程度和相应速度的性能要求。如果通过调整放大器增以后仍然不能全面满足设计要求的性能指标，就需要在系统中增加一些参数及特性可按需要改变的校正装置，是系统性能全面满足设计要求。这就是控制系统设计中的校正问题。

按照校正装置在系统中的连接方式，控制系统校正方式可分为串联校正、反馈校正、前馈校正和复合校正四种。

串联校正又称顺馈校正，实在系统主反馈回路之外采用的校正方式。前馈校正装置接在系统给定值之后及主反馈作用点之前的前向通路上，这种校正装置的作用相当于给定信号进行整形或滤波后，再送入反馈系统，因此又称为前置滤波器；另一种前馈校正装置接在系统可测扰动作用点与误差测量点之间，对扰动信号进行直接或间接测量，并经变换后接入系统，形成一条附加的对扰动影响进行补偿的通道。前馈校正可以单独作用于开环控制系统，也可以作为反馈控制系统的附加校正而符合控制系统。

串联超前校正是利用超前网络或PD控制器进行串联校正的基本原理，是利用超前网络或PD控制器的相角超前特性实现的，是开环系统戒指平率增大，从而闭环系统带宽也增大，使响应速度加快。

串联滞后校正是利用滞后网络或PI控制器进行串联校正的基本原理，利用其具有负相移和负幅值的特斜率的特点，幅值的压缩使得有可能调大开环增益，从而提高稳定精度，也可能提高系统的稳定裕度。

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，如果带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。

二、原系统分析

2.1原系统的单位阶跃响应曲线

单位反馈系统的开环传递函数为： G s K

s s s ()()(.)

=

++10251 ，因为K ≥5s ，所以K=5。

应用matlab 绘制出原系统的单位阶跃响应曲线，如图1所示。

图1 原系统的单位阶跃响应曲线

由单位阶跃响应曲线可知，原系统等幅振荡，原系统不稳定。 2.2原系统的Bode 图

应用Matlab 绘制出开环系统Bode 图，如图2所示。

图2 原系统的Bode图

由Bode图可知：

相角裕度γ=0°＜45°；截止频率ωc=2(rad/s)；幅值裕度h=0dB。可知相角裕度不满

足要求，所以考虑加入串联滞后校正系统。

2.3原系统的Nyquist曲线

应用Matlab绘制出原系统的Nyquist曲线，如图3所示。

图3 原系统的Nyquist 曲线

2.4原系统的根轨迹

校正前传递函数：

)125.0)(1(5

)(++=

s s s s G 标准形式：

)

4)(1(20

)(++=

s s s s G 应用Matlab 绘制出原系统根轨迹，如图4所示。