单相负反馈系统校正的设计.doc

单相负反馈系统校正的设计-1- 单相负反馈系统校正的设计摘要随着社会生产力的的显著提高,自动控制技术在工业,农业,教育,航天, 生物, 学,环境等方面发挥着重要作用。自动控制系统有三种基本控制方式: 反馈控制方式,开环控制方式,复合控制方式,其中最基本应用最广泛的的是反馈控制方式。在控制系统的分析和设计中,首先要建立系统的数学模型。控制系统的数学模型是描述系统内部物理量(或变量)之间关系的数学表达式。在自动控制理论中,数学模型有多种形式。时域中常用的数学模型有微分方程、差分方程和状态方程;复数域中有传递函数、结构图;频域中有频率特性等。由于计算机技术的发展, matlab 在控制器设计,仿真和分析方面得到广泛应用。其中 matlab 工具箱中包含的控制系统工具箱主要处理以传递函数为主要特征的经典控制和以状态空间为主要特征的现代控制中的主要问题。本次课设采用单位负反馈的某激光控制系统,建立系统的传递函数,通过相关条件计算参数,并针对装置进行串联滞后校正,使系统满足稳定性,快速性,准确性的要求。关键词: 传递函数稳定性负反馈校正相角裕度单相负反馈系统校正的设计-2- 前言自动控制技术是生产过程中的关键环节,也是许多高新技术产品的核心技术。自动控制技术广泛应用于制造业、农业、交通、航空及航天等众多产业部门, 极大的提高了社会劳动生产率,改善了人们的劳动条件,丰富和提高了人民的生活水平研究分析系统有时域分析法和频率法。时域分析是通过求解系统的微分方程来研究和分析系统,而频率法可以直观的分析系统的稳定性。在此次课程设计中需要对系统进行频域分析,通过引入滞后校正,利用滞后校正的高频衰减的特性, 降低截止频率,提高相位裕度,不影响频率特性的低频段。由此可见,滞后校正在一定的条件下,也能使系统同时满足动态和静态的要求。可运用于以下场所: ,可考虑采用串联滞后校正。,而用以提高系统的开环增益,减小系统的稳态误差。 MATLAB 是矩阵实验室( Matrix Laboratory )的简称,是美国 MathWorks 公司出品的商业数学软件,用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境,主要包括MATLA B和Simulin k两大部分。MATLA B 在自动控制理论诸多数据分析研究、数学模型的运算、数据的分析、模拟实验等过程中有着广泛的应用。, 怎样使自动控制系统的性能指标满足设计要求是控制系统的设计与改造问题。用 MATLAB 辅助计算可以大大节省时间,方便系统设计。单相负反馈系统校正的设计-3- 1设计题目设单位负反馈系统的开环传递函数为( ) ( 1) K G s s s =+ 用相应的频率域校正方法对系统进行校正设计,使系统满足如下动态和静态性能: 1相角裕度 045 g3 ; 2在单位斜坡输入下的稳态误差为 sse= ; 3系统的剪切频率小于 。要求: 分析设计要求,说明校正的设计思路(超前校正,滞后校正或滞后-超前校正); 1详细设计(包括的图形有:校正结构图,校正前系统的 Bode 图,校正装置的 2Bode 图,校正后系统的 Bode 图); 3用MATLAB 编程代码及运行结果(包括图形、运算结果); 4校正前后系统的单位阶跃响应图。 2设计目的和要求 设计目的 1通过课程设计进一步掌握自动控制原理课程的有关知识,加深对所学内容的理解,提高解决实际问题的能力。 2理解在自动控制系统中对不同的系统选用不同的校正方式,以保证得到最佳的系统。单相负反馈系统校正的设计-4- 3理解相角裕度,稳态误差,剪切频率等参数的含义。 4学****MATLAB 在自动控制中的应用,会利用 MATLAB 提供的函数求出所需要得到的实验结果。 5从总体上把握对系统进行校正的思路,能够将理论运用于实际。 设计要求 1能用 MATLAB 解复杂的自动控制理论题目。 2能用 MATLAB 设计控制系统以满足具体的性能指标。 3能灵活应用 MATLAB 分析系统的性能。 3设计总体思路 1根据稳态误差 sse 的值,确定开环增益 K。 2利用已确定的开环增益 K,确定校正前系统的传递函数,画出其 bode 图,从图上看出校正前系统的相位裕度?和剪切频率 c?。 3根据相位裕度?的要求,计算出超前校正装置的参数 a和T。即得校正装置的传递函数,然后得到校正后系统的开环传递函数。 4验证已校正系统的相位裕度?和剪切频率 c?。 4详细设计步骤及结果第一步:由题意可知,开环传递函数在单位斜坡信号 r(t)= t作用下,要满足系统的稳态误差