用頻域設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)滯后超前裝置（自動(dòng)控制原理課程設(shè)計(jì)）

1、<p>　　自動(dòng)控制原理課程設(shè)計(jì)</p><p><b>　　一 摘要</b></p><p>　　用頻域設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)一滯后—超前裝置,使校正后的某一單位反饋系統(tǒng)滿足一定的單位斜坡信號(hào)作用下的速度誤差系數(shù),校正后相位裕量,時(shí)域性能指標(biāo)超調(diào)量和調(diào)整時(shí)間.</p><p>　　關(guān)鍵字：超前 滯后 校正 滯后－超前校正</p&g

2、t;<p><b>　　二 設(shè)計(jì)過(guò)程</b></p><p><b>　　1 設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為： ，校正后系統(tǒng)滿足以下指標(biāo)：?jiǎn)挝恍逼滦盘?hào)作用下速度誤差系數(shù)Kv=10; 校正后相位裕量，時(shí)域性能指標(biāo)超調(diào)量﹪≤30﹪，調(diào)整時(shí)間； 。</p><p><b&g

3、t;　　設(shè)計(jì)過(guò)程</b></p><p>　　根據(jù)單位斜坡信號(hào)作用下速度誤差系數(shù)可以得到，所以</p><p>　　繪出系統(tǒng)未校正時(shí)的波特圖如下：</p><p><b>　　></b></p><p>　　>> num=10; </p><p>　　>>

4、 f1=[1,0];f2=[1,1];f3=[0.25,1];</p><p>　　>> den=conv (f1,conv(f2,f3));</p><p>　　>> bode(num,den) </p><p>　　由公式計(jì)算得未校正系統(tǒng)的剪切頻率，系統(tǒng)未校正時(shí)的相角裕量</p><p>　　得 幅值裕量為+

5、8dB</p><p>　　得未校正時(shí)系統(tǒng)的頻率為2，校正裝置在此頻率產(chǎn)生一個(gè)-8dB的增益，由以上條件及，可解得校正裝置的參數(shù)</p><p>　　選取 所以</p><p>　　超前部分第二個(gè)轉(zhuǎn)折頻率，并取，得超前部分傳遞函數(shù)</p><p><b>　　，</b></p>

6、<p>　　串入一個(gè)放大倍數(shù)的放大器以補(bǔ)償超前校正帶來(lái)的幅值衰減</p><p>　　與超前部分同理可以求得之后部分的第二個(gè)轉(zhuǎn)折頻率為，取可求得本部分第一個(gè)轉(zhuǎn)折頻率為，故滯后部分的傳遞函數(shù)為 </p><p>　　綜合以上內(nèi)容可得該校正裝置的傳遞函數(shù)為</p><p>　　由此可作出校正后的波特圖如下：</p><p>　　&g

7、t;> f1=[2,1];f2=[5,1];</p><p>　　>> num=conv(f1,f2);</p><p>　　>> f3=[0.2,1];f4=[50,1];</p><p>　　>> den=conv(f3,f4);</p><p>　　>> bode(num,den)&

8、lt;/p><p>　　校正后的系統(tǒng)的BODE圖如下所示:</p><p>　　>> f1=[5,1];f2=[2,1];num=10*conv(f1,f2);</p><p>　　>> f3=[1,0];f4=[1,1];f5=[0.25,1];f6=[0.2,1];f7=[5,10];</p><p>　　>&g

9、t; den=conv(f3,conv(f4,conv(f5,conv(f6,f7))));</p><p>　　>> bode(num,den)</p><p>　　校驗(yàn)校正后系統(tǒng)的相角裕量為</p><p><b>　　，</b></p><p>　　時(shí)域性能指標(biāo)的要求：對(duì)超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間要轉(zhuǎn)換到開環(huán)頻率

10、域的性能指標(biāo)</p><p><b>　　由最大超調(diào)量 </b></p><p><b>　　而 </b></p><p>　　驗(yàn)證校正后的系統(tǒng)是否滿足設(shè)計(jì)的要求（時(shí)域指標(biāo)與頻域指標(biāo)）， 很明顯滿足相角裕量條件和時(shí)域指標(biāo)要求。</p><p><b>　　三 系統(tǒng)的仿真&l

11、t;/b></p><p>　　1系統(tǒng)未校正時(shí)在單位斜坡信號(hào)作用下的響應(yīng)曲線</p><p>　　>>%G0(s) Unit-Ramp Response%</p><p>　　>> num1=10;</p><p>　　>> den1=[0.25,1.25,1,10,0,0];</p>

12、<p>　　>> t=0:0.1:20;</p><p>　　>> [y1,z1,t]=step(num1,den1,t);</p><p>　　>> plot(t,y1,'-');</p><p><b>　　>> grid</b></p><p&g

13、t;　　2 系統(tǒng)校正后在單位斜坡信號(hào)作用下的響應(yīng)曲線:</p><p>　　>> %Gc(s)G0(s) Unit-Ramp Response %</p><p>　　>> num2=conv([2.,1],[5,1]);</p><p>　　>> den2=conv([1,0],conv([1,0],conv([1,1],con

14、v([0.25,1],conv([0.2,1],[50,1])))));</p><p>　　>> t=0:0.1:20;</p><p>　　>> [y2,z2,t]=step(num2,den2,t);</p><p>　　>> plot(t,y2,'-');</p><p><b

15、>　　>> grid</b></p><p><b>　　四 總結(jié)</b></p><p>　　可以看出在保持系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度不變的前提下，滯后裝置減小了未校正系統(tǒng)的開環(huán)剪切頻率上的幅值，從而增大系統(tǒng)的相角裕量，減小了動(dòng)態(tài)響應(yīng)的超調(diào)量，但由于剪切頻率減小，系統(tǒng)的頻帶寬度降低，系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)的響應(yīng)速度也降低了。同一系統(tǒng)中穩(wěn)，準(zhǔn)，好是相互制約的。

16、</p><p>　　提高過(guò)程的快速性，可能回加速系統(tǒng)振蕩；改善了平穩(wěn)性，控制過(guò)程又可能增長(zhǎng)，甚至使最終精度也變差。對(duì)不穩(wěn)定系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)整使其達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)必須綜合考慮系統(tǒng)穩(wěn)定性，穩(wěn)態(tài)精度和動(dòng)態(tài)過(guò)程的相互制約和平衡關(guān)系，根據(jù)具體工作環(huán)境有所側(cè)重，努力達(dá)到最佳設(shè)計(jì)效果，滿足工業(yè)環(huán)境中對(duì)自動(dòng)控制裝置的性能要求。</p><p><b>　　五 心得體會(huì)</b></p

17、><p>　　課程設(shè)計(jì)是實(shí)踐課的一種，在很大程度上實(shí)現(xiàn)了動(dòng)手與動(dòng)腦，理論與實(shí)際的相互結(jié)合，既是對(duì)工業(yè)環(huán)境的一個(gè)簡(jiǎn)單縮影，又是對(duì)理論知識(shí)的一種檢驗(yàn)，很好地實(shí)現(xiàn)了從書本到實(shí)際操作的一個(gè)過(guò)渡。</p><p>　　通過(guò)此次自動(dòng)控制原理課程設(shè)計(jì)，我簡(jiǎn)單領(lǐng)略了一下現(xiàn)代工業(yè)中自動(dòng)化的廣泛應(yīng)用，對(duì)自動(dòng)控制原理有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，理論課上的懵懂在這樣的實(shí)踐中更加清晰，原本雜亂無(wú)章的知識(shí)碎片得到了更好的串聯(lián)和融合

18、。在自動(dòng)控制設(shè)計(jì)中我還清楚地認(rèn)識(shí)到對(duì)生活當(dāng)中具體事物的抽象概括和數(shù)學(xué)推理能力的重要性，更明確了計(jì)算機(jī)技術(shù)在現(xiàn)實(shí)生活中的不可缺少，應(yīng)該作為一種基本技能牢牢掌握，在實(shí)際抽象和設(shè)計(jì)仿真的過(guò)程中計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了原本難以做到的事情，大大提高了人們探索未知領(lǐng)域的能力。</p><p>　　現(xiàn)代科技的迅猛發(fā)展要求我們時(shí)時(shí)注意學(xué)習(xí)新知識(shí)，時(shí)時(shí)注意動(dòng)手實(shí)踐，課程設(shè)計(jì)使我受益無(wú)窮！</p><p><b&g

19、t;　　六 參考書目：</b></p><p>　　1.《自動(dòng)控制原理》，李友善編著，北京：國(guó)防工業(yè)出版社，19812.《自動(dòng)控制元件及線路》，梅曉榕主編，哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，20013.《現(xiàn)代控制工程》，[美]Katsuhiko Ogata著，北京：電子工業(yè)出版社，20034.《自動(dòng)控制原理常見(jiàn)題型解析及模擬題》，史忠科等編著，西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，20015. 控制工程基礎(chǔ)（