自动控制原理课程设计 (PWM开关放大器驱动控制系统校正装置设计)

自动控制原理课程设计题目 PWM开关放大器驱动控制系统校正装置设计

专业电气工程及其自动化

姓名

班级学号

指导教师职称副教授

一、设计目的

通过课程设计，在掌握自动控制理论基本原理、一般电学系统自动控制方法的基础上，用MATLAB 实现系统的仿真和测试。

二、设计要求

收集和查阅有关技术资料，独立完成所承担的设计课题的全部内容，初步掌握设计原则、设计方法、设计步骤、和设计规范的应用；对工程设计方案进行选择和分析；绘制设计图； 撰写说明书，具体要求如下：

1、根据所学控制理论知识（频域法、根轨迹法等）进行人工设计校正装置，初步设计出校正装置传递函数形式及参数；

2、在MATLAB 下，用simulink 进行动态仿真，在计算机上对人工设计系统进行仿真调试，使其满足技术要求；

3、确定校正装置的电路形式及电路参数（选作）；

4、完成设计报告。

三、设计题目

某型脉冲宽调（PWM ）开关放大器驱动控制系统校正装置设计。 已知某型脉冲宽调（PWM ）开关放大器驱动控制为单位反馈系统，其开环传递函数为：())

4)(1(0++=

s s s K

s G ，使用bode 图设计法对系

统进行滞后串联校正设计，使系统满足：静态速度误差系数110-=s K V ；系统校正后的增益裕量dB K g 10≥;系统校正后的相角裕量 50=γ。

四、设计原理

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。串联校正设计比反馈校正设计简单，也比较容易对信号进行各种必要的形式变化。

当一个系统的动态响应是满足要求的，为改善稳态性能，而又不影响其动态响应时，可采用串联滞后校正装置。可增加一对相互靠得很近并且靠近原点的开环零、极点，使系统的开环放大倍数提高β倍，而不影响对数频率特性的中、高段特性。

串联滞后校正装置还可利用其低通滤波特性，将系统高频部分的幅值衰减，降低系统的剪切频率，提高系统的相角裕量，以改善系统的稳定性和其他动态性能，同时应保持未校正系统在要求的开环剪切频率附近的相频特性曲线基本不变。

四、设计步骤

1、根据静态速度误差系数V K 确定开环增益K ;

2、利用已确定的开环增益K ，画出校正前系统的对数频率特性bode 图，并求出相角裕量0γ，幅值裕量g K ；

3、在bode 图上求出未校正系统相角裕量εγγ+=期望值处的频率

2c ω，2c ω作为矫正后系统的剪切频率，ε用来补偿滞后校正网络2c ω处

的相角滞后，通常取 5=ε~ 15；

4、令未校正系统在2c ω处的幅值为βlg 20，由此确定滞后网络的β值；

5、确定滞后校正网络的第二个转折频率为2

1

2

2c c ωτ

ω=

=~

10

2

c ω；

6、校正装置的传递函数为()1

1

++=

s s s G c βττ； 7、画出校正后系统的bode 图，并校验性能指标。若不满足要求，可改变τ值重新设计。

五、设计过程

原开环传递函数为 ())4)(1(0++=

s s s K

s G

其标准形式为

())125.0)(1(25.00++=

s s s K

s G 根据题目静态误差系数 1

10-=s K V

由

()()

()()

10

25.0125.0125.0lim lim 00

==++==→→K s s K

s H s sG K s s V 可得

40

=K

故原开环传递函数为

())125.0)(1(10

0++=

s s s s G

根据

()()()()dB

j H j G K j H j G g g g c c c ωωωϕγωωlg 20)

(1801

-=+==

()()11

25.0110

2

12

111=++=

c c c c A ωωωω

()11125.0arctan arctan 90c c c ωωωϕ---= 可求得未校正前各参数

dB K g 89.5-= s r a d c /78.21=ω () 1518010-=+=c ωϕγ 使用MATLAB 画出准确的bode 图

>>num=10; >> f1=[1,0];f2=[1,1]; >> f3=[0.25,1];

>> den=conv(f1,conv(f2,f3)); >> bode(num,den);

其bode 图如下图所示：

当取 7=ε时，未校正系统中对应相角裕量 57750=+=+=εγγ期望值时的频率s rad c /488.02=ω

当s rad c /488.02==ωω时，令未校正系统的开环对数幅值为βlg 20，从而可求出校正装置的参数β，即

()41.183.25lg 202===ββωdB

L c

选取

49

.200488

.010

1

2

2===

=

τωτ

ωc

滞后校正装置的传递函数为

()122.3771

49.2011++=

++=

s s s s s G c βττ

则校正后系统的开环传递函数为

()()())122.377)(4)(1()

149.20(400++++=

=s s s s s s G s G s G c

使用MATLAB 画出bode 图

>>num=10*[20.49,1]; >>f1=[1,0];f2=[1,1]; >>f3=[0.25,1];f4=[377.22,1]; >>den=conv(f1,conv(f2,conv(f3,f4))); >>bode(num,den);

则进行校正后系统的bode 图为