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1、武汉理工大学自动控制原理课程设计说明书1课程设计任务书课程设计任务书学生姓名：学生姓名： 殷伟冬殷伟冬 专业班级：专业班级： 自动化自动化 09070907 班班 指导教师：指导教师： 刘志立刘志立 工作单位：工作单位： 自动化学院自动化学院 题题 目目: : 转子绕线机控制系统的串联滞后超前校正设计转子绕线机控制系统的串联滞后超前校正设计 初始条件：初始条件：已知转子绕线机控制系统的开环传递函数是)15)(5()(sssKsG要求系统的静态速度误差系数，。112sKvo50要求完成的主要任务要求完成的主要任务: : （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求） 1、MATLA
2、B 作出满足初始条件的最小 K 值的系统伯德图，计算系统的幅值 裕度和相位裕度。 2、前向通路中插入一滞后超前校正装置，确定校正网络的传递函数。 3、用 MATLAB 画出未校正和已校正系统的根轨迹。 4、用 Matlab 对校正前后的系统进行仿真分析，画出阶跃响应曲线，计算 其时域性能指标。 5、课程设计说明书中要求写清楚计算分析的过程，列出 MATLAB 程序和 MATLAB 输出。说明书的格式按照教务处标准书写。时间安排：时间安排：任务时间（天） 审题、查阅相关资料1 分析、计算3 编写程序1 撰写报告2 论文答辩0.5指导教师签名：指导教师签名： 年年 月月 日日系主任（或责任教师）签
3、名：系主任（或责任教师）签名： 年年 月月 日日武汉理工大学自动控制原理课程设计说明书2目录目录1 串联滞后-超前校正原理.12 校正前系统稳定情况分析.22.1 校正前系统的伯德图.22.2 未校正前的系统裕度.32.3 校正前的根轨迹.43 基于伯德图后的超前滞后校正.53.1 确定滞后-超前校正的传递函数.53.2 校正后系统稳定情况.63.2.1 校正后系统的伯德图.63.2.2 校正系统的幅值裕值.74 校正前后的性能比较.95 课程设计小结.11参考文献.12武汉理工大学自动控制原理课程设计说明书3武汉理工大学自动控制原理课程设计说明书1转子绕线机控制系统的转子绕线机控制系统的 串
4、联滞后串联滞后- -超前校正设计超前校正设计1 串联滞后串联滞后-超前校正原理超前校正原理串联滞后校正兼有滞后和超前校正的优点，校正后系统响应的速度也较快，超调量较小，同时抑制高频噪声的性能也好。当被校正的系统不稳定，并且要求校正后系统的响应速度、相角裕量和稳态精度较高时，以采用串联滞后超前校正为宜。该方法利用滞后超前校正器的超前部分来增大系统的相角裕量，同时有利用滞后部分来改善系统的稳定性能。超前校正的基本原理就是利用超前相角补偿系统的滞后相角，改善系统的动态性能，如增加相角裕度，提高系统稳定性能等。但是串联超前校正给系统中频段增加理论上不超过 90，实际上一般不超过 65 的相角，提高系统
5、的稳定裕度，但降低了抗干扰性能（高频） 。串联滞后-超前校正的设计步骤如下：（1）根据稳态性能要求确定开环增益 k，并绘制未校正系统的伯德图。（2）选择校正后的截止频率。c（3）确定校正参数。（4）确定滞后校正部分的参数 。2T（5）确定超前部分的参数。1T（6）将滞后校正部分和超前校正部分的传递函数组合在一起,即得滞后-超前校正的传递函数为（1-1）sTsTsTsTsc 2211 1111)(G（7）绘制校正后的伯德图，检验性能指标。武汉理工大学自动控制原理课程设计说明书22 校正前系统稳定情况分析校正前系统稳定情况分析2.1 校正前系统的伯德图校正前系统的伯德图由已知的条件，校正前的传递函
6、数可以整理为（2-1）( )75 ( /5 1)( /15 1)KG ss ss当系统的静态速度误差为,这得,则待校正的开112VKs/75VKK900K 环传递函数为（2-2）900( )(5)(15)G ss ss上式为最小相位系统，用 matlab 画出的未校正前的伯德图为 Num=900; Den=1 20 75 0; Bode(num,den) Grid 得到图 1 如下：图 1 系统校正前的伯德图武汉理工大学自动控制原理课程设计说明书32.2 未校正前的系统裕度未校正前的系统裕度用 matlab 求校正前的相角裕度和幅值裕度，程序为G=tf（900，1 20 75 0);kg,r=
7、margin(G)运算后得到结果：kg=1.6667 r=13.2774 很显然，r 远远小于 55 度武汉理工大学自动控制原理课程设计说明书42.3 校正前的根轨迹校正前的根轨迹用 matlab 求校正前的根轨迹，程序为：Num=1Den=1 20 75 0Rlous(num,den)Title(校正前根轨迹图)图 2 系统校正前的根轨迹图武汉理工大学自动控制原理课程设计说明书53 基于伯德图后的超前滞后校正基于伯德图后的超前滞后校正3.1 确定滞后确定滞后-超前校正的传递函数超前校正的传递函数 1）选择校正后的截止频率。若性能指标中对系统的快速性未提明确要c求时，一般对应 的频率作为，从图
8、 3 可以看出0 0()180Gj c图 3 2）确定校正参数 确定校正参数。由超前部分应产生的超前相角而定，又sin1sin1 501060ooo故 =13.933）确定滞后校正部分的参数 ，一般取， 2T211 10cT2 210.866,1.154TT因此滞后部分的传递函数为武汉理工大学自动控制原理课程设计说明书6(3-1)2211 1.154 11 16.09T ss T ss4）确定超前部分的参数 ，过点作 20db/dec 直线，1TccjwGw0lg20,由该直线与 0dB 线交点坐标确定1T1T由 得010( 20lg()20ccGjwdb wT 11.85Ts因此超前部分的传
9、递函数为：(3-2)1111 1.85 1 0.1331Tss Tss5）将滞后校正部分和超前校正部分的传递函数组合在一起,即得滞后-超前 校正的传递函数为：(3-3)1212111 1.851 1.154( )11 0.133 1 16.091cTsT sssG sTT ssss 所以系统校正后的传递函数为：(3-4)205432900*(2.1331)( )2.14594861217.575ssG ssssss3.2 校正后系统稳定情况校正后系统稳定情况3.2.1 校正后系统的伯德图校正后系统的伯德图校正后的伯德图，程序为Num=1917 2700 900Den=2.14 59 486 1
10、217.5Bode(num,den)武汉理工大学自动控制原理课程设计说明书7title(系统校正后的伯德图)校正后的系统伯德图如图 4图 4 校正后的系统伯德图3.2.2 校正系统的幅值裕值校正系统的幅值裕值用 matlab 求校正后的幅值裕值，程序如下：G=tf（900*2.13 3 1,2.14 59 486 1217.5 75 0）kg,r=margin(G)运行后得到结果如下:k=5.3, 。符合要求。73.1350o武汉理工大学自动控制原理课程设计说明书8用 MATLAB 画出校正后的根轨迹图，程序如下：Num=2.13 3 1Den=2.14 59 486 1217.5 75 0R
11、locus(num,den)title(系统校正后的根轨迹图)用 matlab 画出校正后的根轨迹图如下:图 5 校正后的根轨迹图武汉理工大学自动控制原理课程设计说明书94 校正前后的性能比较校正前后的性能比较用 MATLAB 绘制系统校正前后阶跃响应曲线，程序为：num1=900;den1=1 20 75 900;num2=1917 2700 900;den2=2.14 59 486 1217.5 75 900;t=0:0.02:2.5;numc1,denc1=cloop(num1,den1);y1=step(numc1,denc1,t);numc2,denc2=cloop(num2,den2);y2=step(numc2,denc2,t);plot(t,y1,y2);grid;gtext(校正前);gtext(校正后);武汉理工大学自动控制原理课程设计说明书10图 6 校正前后对比图由图可以看出，校正前系统不稳定，加入滞后-超前校正后，系统稳定，超调量很小，从始至终系统将接近一条直线，反应速度也比前的快。系统的各项指标得到了很大的改善，满足了系统要求。武汉理工大学自动控制原理课程设计说明书115 课程设计小结课程设计小结通过这次课程设计，让我收
