频域法校正的设计

1西安石油大学课程设计电子工程学院专业自班题目频域法校正的设计学生指导老师二○一六年一月2目录1.任务书．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32．设计思想及内容．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．43．编制的程序．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．53.1运用MATLAB编程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．53.2在SIMULINK中绘制状态图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．124．结论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．145．设计总结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．146．参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．143《自动控制理论》课程设计任务书题目频域法校正第九题学生姓名学号专业班级设计内容与要求包括：原始数据，技术参数，设计要求，说明书、图纸、实物样品的要求等一、设计内容:已知单位负反馈系统的开环传递函数为0Gs=)1166.0)(15.0(0sssK，式中：0K=2rad/s；系统额定转速为35r/min；输出角度误差ess=3°。⑴试用Bode图设计方法对系统进行串联滞后校正设计，使之满足校正后的相角裕度γ≥45°；⑵对校正装置进行设计。二、设计要求：（1）编程绘制原系统的Bode图，并计算出原系统的幅值裕量及相角裕量；（2）选择校正方式，进行校正装置的设计，得出相应的校正装置的参数；（3）编程绘制校正后系统的Bode图，并计算出校正后系统的幅值裕量及相角裕量；（4）整理设计结果，提交设计报告。起止时间20年月日至20年月日指导教师签名年月日系（教研室）主任签名年月日学生签名年月日42.设计内容及思想：1）内容:已知单位负反馈系统的开环传递函数为0Gs=)1166.0)(15.0(0sssK，式中：0K=2rad/s；系统额定转速为35r/min；输出角度误差ess=3°。⑴试用Bode图设计方法对系统进行串联滞后校正设计，使之满足校正后的相角裕度γ≥45°；⑵对校正装置进行设计。由题得K=360*35/60/3;画出bode图由图得wc1,得出未校正前的相位裕度γ;按相位裕度要求求wc2,由公式γ(CW2)=γ(CW1)+γ(CW),γ(CW)取-6°的估计值,可求得wc2,wc2=solve(0.07wc^2+0.66wc-0.81)；再由20loga+（CW2）=0和1/aT=0.1CW2得出a和T。2）思想：绘出未校正系统bode图，利用matlab软件对系统进行串联校正，分析系统未校正前的参数，再按题目要求对系统进行校正，计算出相关参数，跟题目相关要求对比看是否满足要求，并判断系统校正前后的差异。53编制的程序：3.1运用MATLAB编程：（1）校正前的程序：（绘制出未校正系统的Bode图和单位阶跃响图）clearK=360*35/60/3;%确定开环增益Kn1=1;d1=conv(conv([10],[0.51]),[0.1661]);s1=tf(K*n1,d1);%待校正系统传递函数figure(1);margin(s1);holdon%画出原系统的幅值相角频域Bode图figure(2);sys=feedback(s1,1);step(sys)%画出原系统开环传函的单位阶跃响应6未校正系统的Bode图7未校正系统的单位阶跃响应图幅值稳定裕度：h=-18.8dB–π穿越频率：g=3.47rad/s相角稳定裕度：γ=-42.7°剪切频率:c=8.78rad/sclearK=360*35/60/3;n1=1;d1=conv(conv([10],[0.51]),[0.1661]);s1=tf(K*n1,d1);figure(1);8margin(s1);holdon%画出原系统的幅值相角频域Bode图figure(2);sys=feedback(s1,1);step(sys)%画出原系统开环传函的单位阶跃响应gama=45-(-6);%确定γ值wc=1.1;[Lgama]=bode(s1,CW2);LCW2=20*log10(L);%确定LCW2值a=10^(-LCW2/20);%确定a值T=10/CW1/a;%确定T值gc=tf([a*T],T);Gc=s1*gc;%求取校正后系统的传递函数figure(3);%绘制校正后系统的Bode图及频域性能margin(Gc);holdonfigure(4);sys=feedback(Gc,1);step(sys)%绘制校正后系统的单位阶跃响应92)求校正装置的传函:待校正系统传递函数Transferfunction:GO(S)=SSS81.02^66.03^083.070校正装置传递函数Transferfunction:gc(S)=1505109.9SS10校正后的系统Bode图11校正后的系统单位阶跃响应图：幅值稳定裕度：h=15.4dB–π穿越频率：g=3.34rad/s相角稳定裕度：γ=45.4°剪切频率:c=1.09rad/s123.2在SIMULINK绘制状态图：13144.结论：通过用matlab对该题进行串联超前校正的解析,求得各项参数校正前为：幅值稳定裕度：h=-18.8dB–π穿越频率：g=3.47rad/s相角稳定裕度：γ=-42.7°剪切频率:c=8.78rad/s校正后为：幅值稳定裕度：h=15.4dB–π穿越频率：g=3.34rad/s相角稳定裕度：γ=45.4°剪切频率:c=1.09rad/s校正前系统不稳定，各参数不符合要求，校正后各参数系统稳定，并且各参数符合题目要求。校正后系统稳定性提高5.设计总结：本次课程设计虽然花的时间较多，但是我也学了不少东西，遇到了很多困难，主要是因为对串联校正所掌握的知识不够。在通过与同学的讨论和自己翻阅资料查询计算最终完成课程设计。在采用串联滞后校正法时，因计算的方法不合适本题而导致反复计算几次后才转换思路，找到了正确的方法。此外由于对MATLAB绘图和SIMULINK仿真比较陌生，所以在这个上面画得时间也较多。通过做课程设计，体会到了MATLAB这一工具的方便所在，同时也使我更深入了解了系统校正的过程。6.参考文献：[1]《自动控制理论》课程设计指导书。薛朝妹霍爱清西安石油大学。[2]《自动控制理论》教材。汤楠霍爱清石油工业出版社。