串联校正装置的设计课设.docx
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串联校正装置的设计课设
学号
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
班级
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2013级11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:
要求校正后系统的相角裕度
,截止频率
,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。
4、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4
二、原系统分析6
三、校正设置设计8
3.1校正装置参数的确定9
3.2校正装置的Bode图10
四、校正后系统的分析11
4.1校正后系统的单位阶跃响应曲线12
4.2校正后系统的Bode图13
4.3校正后系统的Nyquist曲线14
4.4校正后系统的根轨迹14
五、总结15
六、参考文献15
一、绪论
在系统中,往往需要加入一些校正装置来增加系统的灵活性,使系统发生变化,从而满足给定的各项性能指标。
按照校正装置的特性不同,可分为PID校正,超前校正,滞后校正和滞后-超前校正。
我们在这里讨论串联滞后校正。
在直流控制系统中,由于传递直流电压信号,适于采用串联校正。
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,从而提高温稳定性,也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,可以考虑用串联滞后.
滞后装置的特点:
(1)输出相位总滞后于输入相位,这是校正中必须要避免的;
(2)它是一个低通滤波器,具有高频衰减的作用;
(3)利用它的高频衰减作用,使校正后的系统剪切频率前移,从而达到增大相位裕量的目的。
二、原系统分析
单位反馈系统的开环传递函数为:
设单位反馈系统的开环传递函数为:
要求校正后系统的相角裕度
,截止频率
,试设计串联校正装置。
该系统响应的程序为:
num=[35];
den=[0.02,0.3,1,0]
G=tf(num,den);
Gs=feedback(G,1);
t=0:
0.1:
45;
step(Gs,t)
holdon
grid
holdoff
(2)对该系统进行分析,由MATLAB绘制BODE图,如下图:
该系统波特图的程序为:
num=[35];
den=[0.02,0.3,1,0]
G=tf(num,den);
margin(G)
holdon
grid
holdoff
由图中可得:
截止频率Wc=10.4426
相角裕度γ=-20.6551
幅值裕度h=0.4286
(3)绘制原系统的Nyquist曲线
(4)该系统的Nyquist曲线的程序为
num=[35];
den=[0.02,0.3,1,0]
G=tf(num,den);
nyquist(G)
(4)绘制原系统根轨迹
绘制原系统根轨迹程序:
num=[35];
den=[0.02,0.3,1,0]
G=tf(num,den);
Rlocus(G)
三、校正设置设计
3.1校正装置参数的确定
①、根据要求的相位裕度值
,确定校正后系统的开环截止频率
,由
得此时原系统的相角为
(
’取45o,
为补偿滞后校正网络在校正后系统开环截止频率处的相角滞后量,通常取
)。
此时频率值为校正后系统的开环截止频率
。
读图2-2可知:
所以,L(
)=17.7
②、确定滞后网络参数b。
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。
0.13
③、确定滞后网络参数T。
取滞后校正网络的第二个转折频率为
求出T=137.6
校正装置传递函数
3.2校正装置的Bode图
其仿其仿真文本为:
num=[3.7041]
den=[48.441]
Gc=tf(num,den)
Bode(G)
四、校正后系统的分析
4.1校正后系统的单位阶跃响应曲线
其仿其仿真文本为:
num=[3.7041]
den=[48.441]
Gc=tf(num,den)
num=35
den=[0.02,0.3,1,0]
G0=tf(num,den)
G=G0*Gc
G0=feedback(G0,1)
t=0:
0.1:
100
step(G0,t)
4.2校正后系统的Bode图
画出校正后系统的Bode图并验证已校正系统的相角裕度。
其仿其仿真文本为:
num=[3.7041]
den=[48.441]
Gc=tf(num,den)
num=35
den=[0.02,0.3,1,0]
G0=tf(num,den)
G=G0*Gc
Margin(G)
4.3校正后系统的Nyquist曲线
此时奈氏曲线不穿过(-1,j0)点,此时系统稳定。
其仿其仿真文本为:
num=[3.7041]
den=[48.441]
Gc=tf(num,den)
num=35
den=[0.02,0.3,1,0]
G0=tf(num,den)
G=G0*Gc
Nyquist(G)
4.4校正后系统的根轨迹
其仿其仿真文本为:
num=[3.7041]
den=[48.441]
Gc=tf(num,den)
num=35
den=[0.02,0.3,1,0]
G0=tf(num,den)
G=G0*Gc
Rlocus(G)
②、校正后系统的开环传递函数为
开环对数渐进幅频特性如Bode图4-2所示。
校正后系统的相位裕度为
③、校正后满足题意,所以校正装置传递函数为
五、总结
通过这次课程设计,加深我对相关知识的了解,让我对串联滞后校正环节有了更清楚的认识,同时也学会了公式编辑器的基本使用方法,加深了对课本知识的了解。
这次课程设计的过程中,虽然有一些东西不是很了解,但通过查找资料以及同学和老师,最后得到了解决,在寻找答案的过程中,我学到了很多东西,同时这次课程设计我也接触到了MATLAB软件,掌握了对该软件的简单应用。
这次课设使我懂得了理论与实践相结合是很重要的,仅有理论知识是远远不够的。
同时在这次的课程设计过程中,也充分体会到了团队的重要性,从开始对系统的分析到后来的校正装置的设计,再到后来对校正后系统的分析,都不是一个人能够简简单单就做到的,遇到困难互相帮助使,各种问题都迎刃而解。
我相信这次的课程设计对我今后的工作与学习都有不小的帮助。
六、参考文献
[1]胡寿松.自动控制原理[M].北京:
科学出版社,2007.
[2]龚威.自动控制原理[M].天津:
大学出版社,2010.
[3]熊晓君.自动控制原理实验教程[M].北京:
机械工业出版社,2009.
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- 串联 校正 装置 设计