自动控制原理 控制系统串联校正装置的设计

实验六 控制系统串联校正装置的设计

一、实验目的

应用频率校正法，对给定系统进行串联校正设计，并在模拟学习机上加以实现，验证设计的正确性。

二、实验仪器设备

（1）AC－1自动控制综合实验仪 一台

（2）数字计算机（配有AD/D卡） 一台

（3）数字万用表 一块

三、设计任务与要求

1. 已知单位反馈系统的开环传递函数为：

)1()(0ssKsG

当输入信号r(t) = 1时，要求：稳态误差0.1sse；开环截止频率4.4'0（rad/s）；相角裕度045'；幅值裕度dBh10'，试设计系统的串联超前校正装置。

2. 已知单位反馈系统的开环传递函数为：

)12.0)(11.0()(0sssKsG

要求：校正后系统的静态速度误差等于30（1/s）；相角裕0'40；幅值裕度dBh10'，开环截止频3.2'0（rad/s）；试设计系统的串联滞后校正装置。

四、实验内容

（1）为了满足系统给出的开环截止频率和相角裕度的要求，利用数字计算机进行频率特性的计算，选择校正网络的参数、电容和电阻值。

（2）将设计的校正装置接入系统中，观察校正后系统的阶跃响应曲线，并检验是否满足给定的性能指标要求。

（3）若校正后，系统性能指标未达到给定的要求，应适当调节校正装置中的电阻，直至各项性能指标均满足要求为止。如果调节电阻无法达到，则需重新设计。

（4）应用MATLAB软件的SIMULINK仿真环境对校正前后的系统进行仿真，计算频率特性，并与实验结果进行比较。

五、实验报告要求

（1）实验完毕，利用实验数据文件，按实验指导老师的要求打印部分实验曲线，以便完成实验报告。

（2）给出校正前后系统的传递函数及其模拟电路；

（3）根据校正装置设计的要求给出设计过程； （4）根据系统校正前后的阶跃响应曲线，分析校正的作用及特点。

11第六章线性系统的校正方法

6.1 系统的设计与校正问题

6.2 常用校正装置及其特性

6.3 串联校正

2第六章线性系统的校正方法

6.1 系统的设计与校正问题

6.2 常用校正装置及其特性

6.3 串联校正

3󰂙系统不能满足性能指标，增加合适的元

件，按一定的方式连接到原系统中。设计自动控制系统的一般步骤设计自动控制系统的一般步骤

󰂙根据任务要求，选定被控对象；

󰂙根据性能指标要求，确定控制规律，

设计出控制器，初步选定元器件；

被控对象+ 控制器→控制系统

4校正

——在系统中加入一些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。原系统校正装置校正系统原系统控制器被控对象

5性能指标以稳态误差、峰值时间、最大超调

量等时域性能指标给出时，用根轨迹法校正；系统校正的方法应根据特定的性能指标来确定

性能指标以相角裕度、幅值裕度、谐振峰

值、谐振频率和系统带宽等频域性能指标给出时,

用频率特性法校正。

6目前，工业技术界多习惯采用频率法，

故通常通过近似公式进行两种指标的互

换。参见书p220一、控制系统的性能指标

时域指标稳态：型别、静态误差系数

动态：超调量、调整时间

频域指标

闭环带宽、谐振峰值、谐振频率截止频率、幅值裕度、相位裕度

27二阶系统频域指标与时域指标的关系

707.0

22

0

121

2≈≤≤

−=ξ

ξξrM

2，谐振频率221ξωω−=

nr

3，带宽频率()

12121222+−+−=ξξωω

nb

4，截止频率24214ξξωω−+=

nc1，谐振峰值

5，相位裕度

242142

ξξξ

γ

−+=arctg

86，超调量%100%21×=−−

ξπξ

σe

7，调节时间

γω

ξωtgtt

sc

ns75.3

==、

1，谐振峰值

γsin1

=

rM

()8.1114.016.0≤≤−+=

rrMMσ

csK

t

ωπ

=

()()8.1115.215.122≤≤−+−+=

rrrMMMK2，超调量

3，调节时间高阶系统频域指标与时域指标的关系

9dB)(ωL

1

学 号

（自动控制原理课程设计）

设计说明书

串联滞后校正装置的设计

起止日期： 2012 年 5 月 28 日 至 2012 年 6 月 1 日

学生姓名

班级 09电气1班

成绩

指导教师(签字)

控制与机械工程学院

2012年 6 月 1 日 2

天津城市建设学院

课程设计任务书

2011 —2012 学年第 2 学期

控制与机械工程 学院 电气工程及其自动化 系 09-1 班级

课程设计名称： 自动控制原理课程设计

设计题目： 串联滞后校正装置的设计

完成期限：自 2012 年 5 月 28 日至 2012 年 6 月 1 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：)13.0)(1()(sssKsG

要求校正后系统的静态速度误差系数110sKv，相角裕度45，试设计串联滞后校正装置。

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：2012年5月25日 3

目录

一、绪论............................................................ 4

二、原系统分析...................................................... 4

学 号 000

000

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 00

班级 2011级

成绩

指导教师(签字)

控制与机械工程学院

2014年 1 月 3 日

000

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 2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：

已知单位反馈系统的开环传递函数为：)40)(2()(sssKsG

要求校正后系统的速度误差系数120skv，相角裕度40，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 1

目 录

一、绪论........................................................................................................................ 2