自动控制原理课程设计题目 PWM开关放大器驱动控制系统校正装置设计
专业电气工程及其自动化
姓名
班级学号
指导教师职称副教授
一、设计目的
通过课程设计，在掌握自动控制理论基本原理、一般电学系统自动控制方法的基础上，用MATLAB 实现系统的仿真和测试。
二、设计要求
收集和查阅有关技术资料，独立完成所承担的设计课题的全部内容，初步掌握设计原则、设计方法、设计步骤、和设计规范的应用；
对工程设计方案进行选择和分析；绘制设计图；
撰写说明书，具体要求如下：
1、根据所学控制理论知识（频域法、根轨迹法等）进行人工设
计校正装置，初步设计出校正装置传递函数形式及参数；
2、在 MATLAB 下，用 simulink 进行动态仿真，在计算机上对人工设计系统进行仿真调试，使其满足技术要求；
3、确定校正装置的电路形式及电路参数（选作）；
4、完成设计报告。
三、设计题目
某型脉冲宽调（ PWM ）开关放大器驱动控制系统校正装置设计。
已知某型脉冲宽调（ PWM ）开关放大器驱动控制为单位反馈系统，其开环传递函数为：G0 s K
，使用 bode 图设计法对系
s(s 1)( s 4)
统进行滞后串联校正设计，使系统满足：静态速度误差系数K V10s 1；系统校正后的增益裕量K g10dB ;系统校正后的相角裕量50 。
四、设计原理
所谓校正，就是在系统中加入一些其参数可以根据需要而改变的
机构或装置，使系统整个特性发生变化，从而满足给定的各项性能指标。
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。
当一个系统的动态响应是满足要求的，为改善稳态性能，而又不影响其动态响应时，可采用串联滞后校正装置。
可增加一对相互靠得很近并且靠近原点的开环零、极点，使系统的开环放大倍数提高倍，而不影响对数频率特性的中、高段特性。
串联滞后校正装置还可利用其低通滤波特性，将系统高频部分的
幅值衰减，降低系统的剪切频率，提高系统的相角裕量，以改善系统的稳定性和其他动态性能，同时应保持未校正系统在要求的开环剪切频
率附近的相频特性曲线基本不变。
四、设计步骤
1、根据静态速度误差系数K V确定开环增益K;
2、利用已确定的开环增益K ，画出校正前系统的对数频率特性
bode 图，并求出相角裕量
0 ，幅值裕量K g；
3、在bode 图上求出未校正系统相角裕量期望值处的频率
c2，c2作为矫正后系统的剪切频率，用来补偿滞后校正网络
c2处
的相角滞后，通常取 5 ~15；
4、令未校正系统在
c2
处的幅值为20 lg，由此确定滞后网络的值；
5、确定滞后校正网络的第二个转折频率为c21
c2 ~ c 2 ；210
6、校正装置的传递函数为G c s s 1
；s1
7、画出校正后系统的bode 图，并校验性能指标。
若不满足要求，可改变值重新设计。
五、设计过程
原开环传递函数为
K
G0 s
s(s 1)( s 4)
其标准形式为
0.25K
G0 s
s(s 1)(0.25s1)
根据题目静态误差系数
K V10s 1
由
K V lim sG s H s
s 0
lim0.25K
s 1 0.25s 1
s 0
0.25K
10
可得
K 40
故原开环传递函数为
G0
10
s
s( s 1)(0.25s 1)
根据
G j c H j c1
180( c )
K g20 lg G j g H j g dB
A c1
2
c1c1
10
1 0.25
1
c1
21
c1
90 arctan c1arctan0.25 c1可求得未校正前各参数
K g 5.89dB c12.78r a d/s0180c115
使用 MATLAB画出准确的 bode 图
>>num=10;
>>f1=[1,0];f2=[1,1];
>>f3=[0.25,1];
>>den=conv(f1,conv(f2,f3));
>>bode(num,den);
其 bode 图如下图所示：
当取7 时，未校正系统中对应相角裕量
期望值50 7 57
时
的频率当
c2
c2
0.488rad / s
0.488rad / s时，令未校正系统的开环对数幅值为20 lg，从
而可求出校正装置的参数，即
L c220 lg25.3dB
18.41
选取
1c2
0.0488
2
10
20.49
滞后校正装置的传递函数为
s 120.49s1
G c s
s 1 377.22s 1
则校正后系统的开环传递函数为
40(20.49s1)
G s G0 s G c s
s(s 1)( s 4)(377.22s1)使用 MATLAB 画出 bode 图
>>num=10*[20.49,1];
>>f1=[1,0];f2=[1,1];
>>f3=[0.25,1];f4=[377.22,1];
>>den=conv(f1,conv(f2,conv(f3,f4)));
>>bode(num,den);
则进行校正后系统的bode 图为
可得校正后系统参数
K g 18.8dB51
与题目所要求符合
将校正前后 bode 图进行比较
使用 MATLAB
>>num=10;
>>f1=[1,0];f2=[1,1];
>>f3=[0.25,1];
>>den=conv(f1,conv(f2,f3));
>>bode(num,den);
Hold on
>>num=10*[20.49,1];
>>f1=[1,0];f2=[1,1];
>>f3=[0.25,1];f4=[377.22,1];
>>den=conv(f1,conv(f2,conv(f3,f4)));
>>bode(num,den);
六、在 MATLAB中，用SIMULINK进行仿真根据题目，输入脉冲信号，则有
未校正前
仿真结果校正后
仿真结果
七、设计体会
这一次的自动控制原理课程设计是对本学期《自动控制原理》所学部分的一次综合应用，设计的过程中，用到了以前各章的知识点，
在我一步步解决问题时也遇到了不少麻烦，通过与同学交流，查找各方面资料，终于一一解决。
可以说，通过本次课程设计与书本知识的
回顾，我对自动控制原理这门课有了更深层次的理解，对于好多以往不清楚的概念，不明就里的话我都重新学习理解，尤其是对我所进行
的串联滞后校正这一部分内容的反复研习，感觉受益匪浅。
并且真正在实践中体会到了思考、学习的乐趣。
在这次的课程设计中我也第一
次使用到了MATLAB这一设计软件，通过书本上的介绍，我对MATLAB 有了初步的了解，并学会了一些基本的操作，比如画bode 图，进行动态仿真。
我真切体会到MATLAB 功能的强大，但目前我
所了解的只是皮毛中的皮毛，需要日后不断地自主学习才能有更深层
的掌握，另外，在用WORD 进行设计论文的编排中,，我也学习了像公式编辑器等不少新东西，感触颇深。
总而言之，这是我第一次进行课程设计，学到了不少实用的东西，但论文仍然有诸多不足之处，需以此为基础，在以后的设计中不断完善，提高自己的水平。
八、参考文献
【1】谢克明 .自动控制原理（第二版） .北京 .电子工业出版社【2】胡寿松 .自动控制原理习题集（第二版） .北京 .科学出版社。