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1、 自动控制原理课程设计专专 业业： 测控技术与仪器 设计题目：设计题目：控制系统的综合设计超前校正 班班 级级： 学生姓名学生姓名： 学号学号： 10 号 指导教师指导教师： 分院院长分院院长： 教研室主任教研室主任： 电气工程学院电气工程学院目录目目 录录第一章 课程设计内容与要求分析.11.1 设计内容.11.2 课程设计要求.11.3 课程设计报告要求.2第二章 超前校正理论与计算.42.1 采用超前校正的一般步骤.42.2 理论计算过程.4第三章 Matlab 程序设计 .73.1 关于 MATLAB.73.2 MATLAB 程序的功能特点.73.3 MATLAB 仿真设计.83.4
2、绘制原系统对数频率特性.83.5 绘制校正装置对数频率特性.93.6 绘制校正后系统对数频率特性.10第四章 Simulink 仿真设计.124.1 Simulink 仿真设计.124.2 原系统单位阶跃响应.134.3 校正后系统单位阶跃响应.144.4 校正前、后系统单位阶跃响应.154.5 校正前、后系统阶跃响应曲线比较.16第五章 硬件电路设计及参数 R、C 值 .175.1 硬件电路.175.2 参数 R、C 的值 .18总 结.19参考文献.20附录.21第一章 课程设计内容与要求分析1第一章 课程设计内容与要求分析1.1 设计内容设计内容针对二阶系统，利用有源串联超前校正网络（如
3、图所示）) 1()(ssKsW进行系统校正。当开关 S 接通时为超前校正装置，其传递函数，其中，11)(TsTsKsWcc132 RRRKc1)(132432RRRRR， “-”号表示反向输入端。若 Kc=1，且开关 S 断开，该装置相当CRT4于一个放大系数为 1 的放大器（对原系统没有校正作用） 。 图 1-1 超前校正电路1.2 课程课程设计要求设计要求1.引入该校正装置后，单位斜坡输入信号作用时稳态误差，1 . 0)(e开环截止频率c4.4 弧度/秒，相位裕量 45。2.根据性能指标要求，确定串联超前校正装置传递函数。3.设校正装置R1=100K，R2=R3=50K，根据计算结果确定有
4、源超前校正网络元件参数R4、C值。R1+ur ucR0R2R3R4CS第一章 课程设计内容与要求分析24.绘制引入校正装置后系统电路原理图（设给定的电阻和电容：R=100K，C=1F、10F若干个） 。5.利用 Matlab 仿真软件辅助分析，绘制校正前、后及校正装置对数频率特性曲线,并验算设计结果。6.在 Matlab-Simulink 下建立系统仿真模型，求校正前、后系统单位阶跃响应特性，并进行系统性能比较。7.利用自动控制原理实验箱完成硬件系统设计，包括：搭建校正前后系统电路、输入阶跃信号并通过示波器观察校正前后系统输出响应曲线。1.3 课程设计报告要求课程设计报告要求1.设计报告包括内
5、容（1）理论计算校正装置的过程。（2）绘制系统电路图时各环节参数的计算过程（包括有源校正装置R4和C的计算过程） 。（3）利用Matlab仿真软件辅助分析设计的程序及校正前、后对数频率特性曲线。（4）利用Matlab-Simulink建立校正前、后系统仿真模型。（5）硬件电路及参数R，C的值。（6）求单位阶跃响应曲线。（7）计算校正前后系统超调量、调节时间，给出结论。（8）硬件系统设计过程及设计结果，给出结论。2.课程设计报告内容包括：（1）根据模拟电路图1-1确定原系统数学模型、理论计算设计过程及结果、仿真设计过程及结果。（2）校正前后系统性能计算及分析（包括计算校正前、后系统超调量、调节时
6、间和阶跃响应稳态误差） 。（3）确定校正装置参数的过程，给出设计结论。 （4）在设计过程中出现的问题及解决的办法。第一章 课程设计内容与要求分析3（5）课程设计总结，包括：本次课程设计过程中的收获、体会，以及对该课程设计的意见、建议等。（6）上交电子版设计报告，包括Matlab仿真结果。 （7）设计中参考文献列表。第二章 超前校正理论与计算4第二章 超前校正理论与计算此次课程设计利用有源串联超前校正网络进行系统校正。掌握系统校正方法及校正的应用，能够设计串联校正的步骤，了解校正对系统性能的改善，实现系统的校正。2.1 采用超前校正的一般步骤采用超前校正的一般步骤1.根据传递函数确定未校正装置的
7、、%st2.设计校正前系统模拟电路图3.设计校正装置，给出设计过程4.设计校正后系统模拟电路图5.研究校正装置对系统动态性能指标的影响6.比较校正前后控制系统的响应曲线（通过实验比较）2.2 理论计算过程理论计算过程根据实验室所提供设备、器件对下图系统进行校正，设计合理的校正装置使R(s) 图 2-1 系统数学模型校正后的系统满足：1.系统稳态速度误差100vk2.相位裕量 50)(c设计校正装置) 1(10 ss第二章 超前校正理论与计算53.通过上面方框图求出原系统的、。%st 首先由稳态性能指标的要求，可计算出放大系数，系统传递100K 函数为 ： ，闭环传递函数为：100( ) (1)
8、10W sss 2( )1000( )1( )101000W ssW sss则， 21000n0.158由得， 21%100%e%60%4.50.9s nts4.设计校正装置的传递函数，并给出设计过程。（1）由可知，该系统含有一个积分环节和一个惯性100( ) (1)10W sss 环节，低频段的波特图斜率为，转折频率为，斜率变为20/db dec110。系统的穿越频率可以近似计算得出：（认为） 40/db decc110c，得出。其相角裕量为100()110c c cA31.6c，可见，相角裕量不满足要求。为31.6()180( 90arctan)17.510c ooo了不影响低频段和改善动态响应性能，采用超前校正。（2）根据系统相位裕量的要求，微分校正电路最大相位 50)(c移应为。max5017.532.5ooo（3）考虑，原系统相角位移将更负一些，故应相应的加 ccmax大。取，于是可以写出即max40o max1arcsin401ddo第二章 超前校正理论与计算6，解得。1sin400.641dd o4.6d（4）设系统校正后的穿越频率为校正装置（0/+1/0 特性）两个交 c接频率和的几何中点12即 121cd因为在时，如果认为和，则得 c()1cA11c 21c 1 100 ()110cc c
