自控超前校正.docx
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自控超前校正
自动控制原理课程设计
指导教师评语
平时(20)
报告(40)(30)
总成绩
设计(40)
专业:
自动化
班级:
自动化1002班
姓名:
杨洋
学号:
201008538
指导教师:
汪莉娟
兰州交通大学自动化与电气工程学院
2013年01月11日
1设计目的
学会如何应用MATLAB的计算功能进行理论与实际相结合。
通过该课程设计,可以使学生更深入理解控制系统的基本理论和基本方法,掌握控制系统的分析与综合的方法。
此次课程设计可以很好的培养和提高学生运用理论分析和解决实际问题的能力和水平,掌握MATLAB的模拟和仿真。
本次课程设计的题目是连续定常系统的频率法超前校,校正的目的是为了在调整放大器增益后仍然不能全面满足设计要求的性能指标的情况下,通过加入的校正装置,使系统性能全面满足设计要求超前校正装置具有相位超前作用,它可以补偿原系统过大的滞后相角,从而增加系统的相角裕度和带宽,提高系统的相对稳定性和响应速度。
超前校正通常用来改善系统的动态性能,在系统的稳态性能较好而动态性能较差时,采用超前校正可以得到较好的效果。
并且通过实验了解串联超前校正环节对系统稳定性及过渡过程的影响,掌握频率特性法分析自动控制系统动态特性的方法和串联校正装置的设计方法与参数调试技术,能够根据题目给定的数据设计出相应的超前校正环节,并且能够应用仿真技术验证校正环节理论设计的正确性,熟练掌握MATLAB的模拟和仿真。
2设计内容
已知单位反馈控制系统的开环传递函数为:
设计超前校正装置,使校正后系统满足:
3设计过程
3.1确定开环增益K
使开环增益K满足静态速度误差系数的要求。
3.2确定待校正系统的相位裕量和剪切频率
未校正系统的开环频率特性为:
幅频特性为:
在MATLAB命令窗口输入程序,运行结果如图1所示。
校正前系统伯德图程序:
num=[50];
den=[0.0015,0.115,1,0];
[mag,phase,w]=bode(num,den);
margin(mag,phase,w)
运行程序后系统伯德图如图1所示
图1校正前系统的伯德图
由图1可看出其校正前系统的剪切频率为:
相位裕量为:
3.3确定校正装置的传递函数
由于给定的剪切频率
,可以令
,由相频特性式可得出:
所以校正装置在
处的幅值为:
解得
再由
可得相角
又因为
可得相角裕度
(
)
然后由高阶系统的频域指标
与
因为
则
所以超调量
符合性能指标的要求,因此校正装置的传递函数为:
代入数值得:
为了补偿因超前校正网络的引入而造成系统开环增益的衰减,必须使附加放大器的放大倍数为
。
所以,校正后的系统开环传递函数为:
3.4确定校正后系统的伯德图
校正后系统伯德图程序如下:
num=[5.625,50];
den=[0.00000665955,0.0020105655,0.1194394,1,0];
[mag,phase,w]=bode(num,den);
margin(mag,phase,w)
执行程序得到校正后伯德图如图2所示。
图2校正后系统的伯德图
3.5校正前后系统伯德图对比:
输入校正前后系统伯德图对比程序如下:
G0=zpk([],[0-10-66.67],50);
bode(G0)
holdon
margin(G0)
Gc=tf([0.11251],[0.00448971]);
bode(Gc)
G=G0*Gc;
bode(G)
margin(G)
运行程序结果如图3所示
图2校正前后系统伯德图对比
分析上图可知加入校正装置后,校正后系统的调节时间大大减小,大大提升了系统的响应时间,超调量明显减少了,阻尼比增大,动态性能得到改善,系统的上升时间减小很多,从而提升了系统的响应速度。
综上,串入超前校正装置后,明显地提升了系统的动态性能,增强了系统的稳定性。
4软件仿真
4.1未校正系统
未校正系统的搭建图如图4所示。
图4未校正系统搭建图
未校正系统的仿真图如图5所示。
图5未校正系统的仿真图
4.2校正后系统
校正后系统的搭建图如图6所示。
图6校正系统的搭建图
校正后系统的仿真图如图7所示。
图7校正后系统的仿真图
4.3实验结果分析
由图7可看出经校正后的系统调节时间大大减小,提升了系统的响应速度。
校正后系统的超调量减少,所以使阻尼比增加,动态性能得到改善,系统的上升时间减少,使系统能够在很短的时间内达到稳定。
5思考
超前校正可以改善系统性能,它是通过其相位超前特性来改善系统的品质,超前校正增大了系统的相位裕量和剪切频率,减小瞬态响应的超调量,提高响应的快速性;超前校正适用于稳态精度已经满足、但瞬态性能不满足要求的系统。
在有些情况下,串联超前校正的应用受到限制。
例如,当未校正系统的相角在所需剪切频率附近向负相角方面急剧减小时,采用串联校正环节效果不大;或者,当需要超前相角的数量很大时,超前校正的网络的系数
值需选择很小,从而使系统的带宽过大,高频噪声能顺利通过系统。
因此,这两种情况不宜采用串联超前校正。
一般校正装置的连接方式有串联校正,顺馈校正和反馈校正。
其中串联校正又包括串联超前校正、串联滞后校正和串联超前滞后校正。
通过对校正前后系统的阶跃响应曲线和伯德图的分析可知,增加开环频率特性在剪切频率附近的正相角,从而提高了系统的相角裕度;减小对数幅频特性在幅值穿越频率上的负斜率,从而提高了系统的稳定性;提高了系统的频带宽度,从而提高了系统的响应速度;不影响系统的稳态性能。
超前校正的原理是使校正后系统的剪切频率处所对应的原系统与校正装置的幅值叠加和为零,即使
,同时使
。
6心得体会
通过此次课程设计使我对于课本知识有了更深刻的理解,和做题目不一样,在做课设时需要全方面的考虑问题,而不是单纯的算出一个结果,特别是对于校正系统,在试取值时需要耐心的验算,在校正后还需要前后的对比分析。
我这次在校正刚开始校正时就没能取到合适的值,究其原因就是因为对这一部分的知识理解不够深入,在经过多次取值并且和同学商量的情况下最终才满足了要求。
并且通过多次的取值计算使我对校正有了更进一步的理解。
这次课设对我的另一大考验就是MATLAB的应用,虽说之前上过基础强化训练课,但是并没有具体到在自控上的应用,而且从来没有亲自动手做过,对于MATLAB的理解仅仅停留在课本上,因此有好多地方都不知道从何下手,所以必须自己查资料并且向同学请教,而系统的模拟和仿真也花了最多的时间。
由于MATLAB是英文版的所以好多功能都找不到只有向同学请教,在应用SIMULINK进行仿真的时候有好多元件的图形都差不多因此需要一个一个的试,这也是对自己耐心的一大考验,不过经过自己亲自试验之后对各个元件的功能也有了比较深刻的印象。
而在整个课程设计的过程中最考验耐心的就是word文档格式的设定,在许多地方一不小心就会弄错,而且有时候有些错误很难发现,这也是这次课程设计的一大挑战,为了尽量减少错误我们同一小组之间只能相互检查,来发现对方的格式的错误。
由于这次课程设计完全是按照自己的思路去设计过程和组织语言的,因此对自己独立思考问题和设计问题的能力也是一次很好的锻炼。
总的来说,虽然这次课程设计时间比较紧张,但自己还是学到了很多的东西,对于许多理论知识通过自己动手设计有了更好的理解,并且对于word的应用也熟练了很多,特点是对MATLAB和SIMULINK的理解不在仅仅是停留在理论之中。
参考文献
[1]王正林.MATLAB/SIMULINK与控制系统仿真[M].北京:
电子工业出版社,2005:
131-149
[2]李素玲.自动控制原理[M].西安:
西安电子科技大学出版社,2007:
95-108
[3]滕青芳,范多旺,董海鹰等.自动控制原理[M].北京:
人民邮电出版社,2008:
191-214
[4]胡寿松.自动控制原理(第四版)[M].北京:
科学出版社,2001:
127-136
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