学号09750201（自动控制原理课程设计）设计说明书

串联滞后校正装置的设计

起止日期：2012年5月28日至2012年6月1日学生姓名安从源班级09电气2班成绩指导教师(签字)

控制与机械工程学院2012年6月1日天津城市建设学院课程设计任务书

2011—2012学年第2学期控制与机械工程学院电气工程及其自动化系09-2班级课程设计名称：自动控制原理课程设计设计题目：串联滞后校正装置的设计完成期限：自2012年5月28日至2012年6月1日共1周设计依据、要求及主要内容：设单位反馈系统的开环传递函数为：)2(

)(



ss

KsG

要求系统的速度误差系数为120sKv，相角裕度45

，试设计串联滞后

校正装置。基本要求：1、对原系统进行分析，绘制原系统的单位阶跃响应曲线，2、绘制原系统的Bode图，确定原系统的幅值裕度和相角裕度。3、绘制原系统的Nyquist曲线。4、绘制原系统的根轨迹。5、设计校正装置，绘制校正装置的Bode图。6、绘制校正后系统的Bode图、确定校正后系统的幅值裕度和相角裕度。7、绘制校正后系统的单位阶跃响应曲线。8、绘制校正后系统的Nyquist曲线。9、绘制校正后系统的根轨迹。

指导教师（签字）：系主任（签字）：批准日期：2012年5月25日目录一、绪论.......................................................................................................................4二、原系统分析...........................................................................................................52.1原系统的单位阶跃响应曲线.................................................................................52.2原系统的Bode图..................................................................................................52.3原系统的Nyquist曲线........................................................................................52.4原系统的根轨迹....................................................................................................5

三、校正装置设计.......................................................................................................53.1校正装置参数的确定............................................................................................5四、校正后系统的分析................................................................................................64.1校正后系统的单位阶跃响应曲线.........................................................................64.2校正后系统的Bode图..........................................................................................64.3校正后系统的Nyquist曲线...............................................................................64.4校正后系统的根轨迹............................................................................................6

五、总结.......................................................................................................................7六、参考文献...............................................................................................................7七、附图.......................................................................................................................8一、绪论校正就是在系统中增加一些具有某种典型环节的电气网络、机械网络、运算部件或测量装置等，靠这些环节的配置来有效地改善系统的控制性能，增加的这部分称为校正元件（装置）。校正装置以电气网络较多，通常是一些有源或无源微积分电路，以及各类传感器如速度，加速度等。系统校正的常用方法是附加校正装置。按校正装置在系统中的位置不同，系统校正分为串联校正、反馈校正和复合校正。按校正装置的特性不同，又可分为PID校正、超前校正、滞后校正和滞后-超前校正。实际控制系统中广泛采用无源网络进行串联校正，但在放大器级间接入无源校正网络后，由于负载效应问题，有时难以实现希望的控制规律。常用的有源校正装置，除测速发电机及其与无源网络的组合，以及PID控制器外，通常把无源网络接在运算放大器的反馈通路中，形成有源网络，以实现要求的系统控制规律。这里我们主要讨论串联校正。一般来说，串联校正设计比反馈校正设计简单，也比较容易对信号进行各种必要的形式变化。在直流控制系统中，由于传递直流电压信号，适于采用串联校正;在交流载波控制系统中，如果采用串联校正，一般应接在解调器和滤波器之后，否则由于参数变化和载频漂移，校正装置的工作稳定性很差。串联超前校正是利用超前网络或PD控制器进行串联校正的基本原理，是利用超前网络或PD控制器的相角超前特性实现的，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。串联滞后校正是利用滞后网络或PI控制器进行串联校正的基本原理，利用其具有负相移和负幅值的特斜率的特点，幅值的压缩使得有可能调大开环增益，从而提高稳定精度，也能提高系统的稳定裕度。在系统响应速度要求不高而抑制噪声电平性能要求较高的情况下，可以考虑采用串联滞后校正。此外，如果待校正系统已具备满意的动态性能，仅稳态性能不能满足指标要求，也可以采用串联滞后校正以提高系统的稳态精度，同时保持其动态性能仍然满足性能指标要求。二、原系统分析单位反馈系统的开环传递函数是：20()

(0.51)Gs

ss



2.1原系统的单位阶跃响应曲线接下来用MATLAB求出对原系统进行分析，绘制原系统的单位阶跃响应曲线如图12.2原系统的Bode图应用Matlab绘制出开环系统Bode图（见图二）。由Bode图可知，截止频率'wc=6.22rad/sec,相角裕度=17.8<45，可知相角裕度不满足要求，由此考虑加入串联滞滞后校正系统。并由)''()''(''cc且)''(c在6到14之间取值。取)''(c=6，要求''45则')'(c51查图可得''c=1.562.3原系统的Nyquist曲线起点A(0)==-90（0）

终点()0A()-180°则原系统的Nyquist曲线如图32.4原系统的根轨迹

校正前传递函数20()(0.51)Gsss，标准式40()(2)Gsss，求得两个极点

0，-2，利用11pnniiiiz，0211dd，求得d=-1。渐近线n-m=2

1121

2

nniiii

pz

anm







(21)(21)2kk

a

nm





,k=0,1

2a

原系统根轨迹为如图4三、校正装置设计3.1校正装置参数的确定

校正装置的传递函数：11CbTsSTsG（1b）。b成为分度系数，T称为时间常数。经以上计算得到b=0.1T=43从而得到滞后校正网络的传函校正装置的Bode图