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控制系统的设计和校正

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实验五 控制系统的设计和校正

一、实验目的

1、对给定系统，设计满足性能指标的校正装置。

2、加深理解校正装置对系统的动、静态性能的校正作用。

3、用MATLAB/Simulink观察校正环节对系统稳定性及过渡过程的影响。

二、实验仪器设备

Pc机一台，MATLAB软件。

三、实验内容

1、设控制系统原有部分的开环传递函数为：

0(1)KGss

1）要求设计串联校正装置，使系统具有12,40oK的性能指标。

2）绘制校正前、后系统的频率特性及单位阶跃响应曲线。 2、设未校正系统原有部分的开环传递函数为:

0(0.11)(0.21)KGsss

1）试设计串联校正装置，使系统满足下列性能指标：

30,40oK

2）用时域响应曲线验证。

3、已知反馈校正系统结构图及传数如下：

11GK

210(0.11)(0.011)Gss

30.1Gs

求：1）用综合法设计反馈校正装置，使系统的静态速度误差系数1200vKs，单位阶跃响应时，超调量20%pM，调整时间0.6sts。 2）用simulink观察反馈校正环节对系统稳定性及过渡过程的影响。

四、实验步骤

（1）计算校正装置参数；

（2）绘制校正前、后系统bode图；

（3）绘制校正前、后系统时域响应曲线；

五、实验结果

1、

校正前系统的bode图： 图中的求取的相角裕度为16.4度。

校正前系统的单位阶跃响应曲线：

校正后系统的bode图： 图中的求取的相角裕度为49.5度。

校正后系统的单位阶跃响应曲线：

所以，相角裕度49.540oo，满足设计要求。

2、

校正后系统的bode图： 图中的求取的相角裕度为42.2度。

校正后系统的单位阶跃响应曲线：

所以，相角裕度42.240oo，满足设计要求。

3、

单位阶跃信号的时域响应波形如下：

由波形图可见，单位阶跃响应时，超调量20%pM，调整时间0.6sts，

满足设计要求。

反馈校正环节采用局部反馈保卫系统前向通道中的一部分环节以实现校正，抑制了被包围部分内部参量变化（包括非线性因素）和外部作用于被包围部分上的干扰（包括高频噪声）影响。

六、心得体会

通过本次实验，使我掌握了对于给定系统自行设计满足性能指标的校正装置，加深了对校正装置对系统的动、静性能的校正作用的理解，也学会了运用MATLAB/Simulink搭建系统模型并对参数设置后，观察并分析校正环节对系统稳定性及过渡过程的影响。

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水箱液位控制系统校正装置设计

水箱液位控制系统校正装置设计

自动控制课程设计

课题设计名称：水箱液位控制系统校正装置设计

水箱液位控制系统校正装置设计

1.设计目的

完成水箱液位控制系统校正装置设计的课程设计，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实现系统的仿真与调试。

2.设计原理

校正，就是在系统中加入一些附加校正装置，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，也能提高系统的稳定裕度。

3.设计步骤

（1）利用已确定的的开环传递函数，画出待校正系统的bode图，并观察其稳定性（不稳定，需要校正）

（2）计算系统的截止频率，相角裕度和幅值裕度等参数。

（3）在bode图上求出的未校正系统相角裕量 处的频率作为矫校正后的系统的剪切频率，ε=—。

（4）求滞后网络的和值。

。

（6）画出校正前后系统bode图，对比校验性能指标。

（7）进行simulink仿真。

4.设计要求

已知单位反馈的水箱液位控制系统，系统被控对象的传

递函数：用频域设计法对系统进行滞后校正设计，使系统满足 ，校正后剪切频率， 校正后相位裕量。

解： 因为，所以，取

112.011.030ccccjjjjG

绘制出未校正系统的bode图

程序步骤：

>> num=30;

>> f1=[1,0];f2=[0.1,1];

>> f3=[0.2,1];

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

>> bode(num,den)

由图可得系统未校正剪切频率75.91c，系统的相角裕量为124.17901800110002.0arctan1.0arctancc

控制系统串联校正设计..

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)64(62ssssG，试用频率法设计校正装置使系统的速度误差系数1vK，相位裕度为40，剪切频率sradc/01.009.0。

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

控制系统的PD校正设计及仿真

控制系统的PD校正设计及仿真

1 实验八 控制系统的PD校正设计及仿真

一、实验目的

1．用频率综合法对系统进行综合设计；

2．学习用MATLAB软件对系统进行仿真。

二、实验设计原理与步骤

1．设计原理

超前校正（亦称PD校正）的传递函数为：

)1(11)(TsTsSGC

其对数频率特性如图8-1所示，

超前校正能够产生相位超前角，超前校正的强度可由参数表征。

超前校正的相频特性函数是：

TarctgTarctg)(

最大相移点位于对数频率的中心点，即： 2 Tm11

最大相移量为：

11arcsin1)(arctarctmm

或者 11sinm

mmsin1sin1

容易求出，在m点有：

lg10)(mL

2．设计步骤

基于频率法综合超前校正的步骤是：

（1）根据静态指标要求，确定开环比例系数K，并按已确定的K画出系统固有部分的Bode图；

（2）根据动态指标要求预选c，从Bode图上求出系统固有部分在c点的相角；

（3）根据性能指标要求的相角裕量，确定在c点是否需要提供相角超前量。如需要，算出需要提供的相角超前量m；

（4）如果所需相角超前量不大于60度，按mmsin1sin1式求出超前校正强度；

（5）令)(1Tcm从而求出超前校正的两个转折频率T1和T1；

（6）计算系统固有部分在c点的增益)(dBLg；及超前校正装置在c的增益)(dBLc。 3 +

-- 如果0cgLL则校正或系统的截止频率'c比预选的值要高。如果高出较多，应采用滞后超前校正，如果只是略高出一些，则只需核算'c点的相角裕量。若满足要求，综合完毕；否则重复步骤（3）；

如果0cgLL则实际的'c低于预选的c，可将系统的开环增益提高到0cgLL（即将系统的开环比例系数提高20)]([lg1cgLL倍）。

控制系统串联校正设计

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)64(62ssssG，试用频率法设计校正装置使系统的速度误差系数1vK，相位裕度为40，剪切频率sradc/01.009.0。

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