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1、电子与电气工程学院课程设计报告课 程 名 称 自动控制原理 设 计 题 目 串联超前校正装置设计 所学专业名称 自动化 班 级 自动化133 学 号 211269 学 生 姓 名 指 导 教 师 华贵山 12 月 26 日电气学院 自动控制原理 课程设计任 务 书设计名称： 串联超前校正装置设计 学生姓名： 指引教师： 华贵山 起止时间：自 年 12 月 13 日起 至 年 12 月 26 日止一、课程设计目1、通过课程设计进一步掌握自动控制原理课程关于知识，加深对所学内容理解，提高解决实际问题能力。2、理解在自动控制系统中对不同系统选用不同校正方式，以保证得到最佳系统。3、理解控制系统设计普
2、通办法、环节。4、从总体上把握对系统进行校正思路，可以将理论运用于实际。二、课程设计任务和基本规定设计任务：已知单位反馈系统开环传递函数为：规定校正后系统对单位斜坡输入信号稳态误差，相角裕度，试设计串联超前校正装置。基本规定：1、对原系统进行分析，绘制原系统单位阶跃响应曲线，2、绘制原系统Bode图，拟定原系统幅值裕度和相角裕度。3、绘制原系统Nyquist曲线。4、绘制原系统根轨迹。5、设计校正装置，绘制校正装置Bode图。6、绘制校正后系统Bode图、拟定校正后系统幅值裕度和相角裕度。7、绘制校正后系统单位阶跃响应曲线。8、绘制校正后系统Nyquist曲线。9、绘制校正后系统根轨迹。电气学
3、院 自动控制原理 课程设计指引教师评价表院（部）电气学院年级专业自动化133学生姓名学生学号题 目串联超前校正装置设计一、 指引教师评语指引教师签名： 年 月 日 二、 成绩评估指引教师签名： 年 月 日 目录摘要与核心字11 校正前系统分析21.1绘制原系统单位阶跃响应21.2原系统BODE图绘制31.3奈氏曲线41.4根轨迹52设计校正装置72.1校正装置设计72.2绘制校正装置bode图73对校正后系统进行分析分析93.1校正后系统bode图93.2校正后单位阶跃响应103.3校正后奈式曲线113.4绘制校正后根轨迹13总结15参照文献16串联超前校正装置设计摘要与核心字摘要：所谓校正，
4、就是在系统中加入某些其参数可以依照需要而变化机构或装置，使系统整个特性发生变化，从而满足给定各项性能指标。系统校正惯用办法是附加校正装置。按校正装置在系统中位置不同，系统校正分为串联校正、反馈校正和复合校正。按校正装置特性不同，又可分为PID校正、超前校正、滞后校正和滞后-超前校正。采用串联超前校正可使开环系统截止频率增大，从而闭环系统带宽也增大，使响应速度加快。MATLAB是一种包括大量计算算法集合。其拥有600各种工程中要用到数学运算函数，可以以便实现顾客所需各种计算功能。这次课程设计能学会用MATLAB设计控制系统以满足详细性能指标并灵活应用MATLABCONTROL SYSTEM工具箱
5、和SIMULINK仿真软件，分析系统性能。核心字：控制系统 ；串联超前校正 ；Matlab1 校正前系统分析1.1绘制原系统单位阶跃响应对原系统进行分析，绘制原系统单位阶跃响应曲线由题意可得：=取k=1则原开环传递函数 应用MATLAB仿真绘制响应图如图1所示。MATLAB文本如下：校正前单位阶跃响应：num=100;den=0.04 1 0;sys=tf(num,den);sys1=feedback(sys,1);t=0:0.01:3;step(sys1,t)hold ongridhold off图1单位阶跃响应曲线 1.2原系统BODE图绘制典型环节分解；惯性环节 ： W =由系统BODE
6、图得系统截止频率：=-=；经MATLAB仿真后图如图2所示。其仿真文本为：num=100;den=0.04 1 0;sys=tf(num,den);margin(sys)hold ongridhold off 图2原系统BODE图1.3奈氏曲线系统开环传递函数原则形式为G（s）=2500/s(s+25)。分析：起点：A(w)=，(w)=-90终点：A(w)=0，(w)=-180。与实轴交点：经计算得G(jw)=-2500J(Jw-25)/w(w+625)因此与实轴无交点应用MATLAB仿真绘制Nyquist曲线如图3所示。其仿真文本为：num=100;den=0.04 1 0;sys=tf(n
7、um,den);nyquist(sys)v=-100,100,-80,80;axis(v)hold onplot(-1,0,o)gtext(-1)hold off图3原系统奈氏曲线1.4根轨迹由公式可得开环传递函数原则形式： G=2500/s(s+25)1.根起点和终点。起于开环极点止于开环零点。2.根轨迹分支数n=2，关于实轴对称。3.根轨迹渐近线和交点为：=， =4.根轨迹在实轴上分布：,。应用MATLAB仿真绘制根轨迹图如图4所示。其仿其仿真文本为：依照式可得MATLAB 文本如下：num=100;den=0.04 1 0;sys=tf(num,den);rlocus(sys)hold
8、onplot(0,0)gtext(0)plot(-2,0)gtext(-2)plot(-5,0)gtext(-5)hold off得根轨迹 零极点分布 如图5所示： 图4根轨迹分布 图5零极点分布 2设计校正装置2.1校正装置设计依照题意：校正后相角裕度拟定需要对系统增长相位超前量 =-+（512） = -+= ； 得 ；计算校正后截止频率 ； ； ； 得；应用MATLAB仿真也能球a=2.85和T=0.0095。其仿其仿真文本为：num=100;den=0.04 1 0;sys=tf(num,den);wm=62.6;l=bode(sys,wm);lwc=20*log10(l);a=10(-
9、0.1*lwc)T=1/(wm*sqrt(a)拟定超前校正网络传递函数： 2.2绘制校正装置bode图 应用MATLAB仿真绘制校正装置bode图如图6所示。其仿其仿真文本为：um=0.027 1;den=0.0095 1;sys=tf(num,den);bode(sys)grid 图6校正装置bode图3对校正后系统进行分析分析串联校正后开环传递函数： =3.1校正后系统bode图对校正后开环传递函数典型环节分解：阶微分环节 惯性环节 应用MATLAB仿真绘图，得校正后bode图如图7所示,matlab文本如下:num=100;den=0.04 1 0;sys1=tf(num,den);nu
10、m1=0.027 1;den1=0.0095 1;sys2=tf(num1,den1);sys3=sys1*sys2;margin(sys3)grid 图7校正后系统bode图由bode图可得：相角裕度：幅值裕度：设穿越频率为，则有 ；得 = = 3.2校正后单位阶跃响应应用MATLAB仿真绘制阶跃响应如图8： matlab文本如下num=100;den=0.04 1 0;sys1=tf(num,den);num1=0.027 1;den1=0.0095 1;sys2=tf(num1,den1);sys3=sys1*sys2;sys4=feedback(sys3 ,1);t=0:0.01:1;step(sys4,t) 图8校正后单位阶跃响应3.3校正后奈式曲线 =对校正后开环传递函数进行系统分析： 起点 终点 与实轴交点：对原传递函数化简得 化成频率特性有 应用MATLAB仿真绘图，如图9，matlab文本如下：num=100;den=0.04 1 0;sys1=tf(num,den);num1=0.027 1;den1=0.0095 1;sys2=tf(num1,den1);sys3=sy
