試驗(yàn)四控制系統(tǒng)的校正設(shè)計(jì)性試驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)四控制系統(tǒng)的校正(設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)).實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.理解超前、滯后校正環(huán)節(jié)的作用；.熟悉利用MATLAB軟件實(shí)現(xiàn)頻域法校正的方法;.利用頻域法設(shè)計(jì)典型超前、滯后校正環(huán)節(jié)。.實(shí)驗(yàn)原理：校正裝置的特點(diǎn)和作用(1)超前校正1 aTs傳遞函數(shù)aGc (s) = a 11 Ts_一a _ 1最大超前角二 sin a 1最大超前角對(duì)應(yīng)的頻率1T、a特點(diǎn)和作用a.超前校正是通過其相位超前特性來改善系統(tǒng)的品質(zhì)；b.超前校正增大了系統(tǒng)的相位裕量和截止頻率(剪切頻率)，從而減小瞬態(tài)響應(yīng)的超調(diào)量,提高其快速性；c.超前校正對(duì)提高穩(wěn)態(tài)精度作用不大；d.超前校正適用于穩(wěn)態(tài)精度已經(jīng)滿足、但瞬態(tài)性能不滿足要求的系統(tǒng)。(2)滯后

2、校正1 bTs傳遞函數(shù)Gc(s) = b11 Ts特點(diǎn)和作用a.滯后校正是通過其低頻積分特性來改善系統(tǒng)的品質(zhì)；b.滯后校正是通過降低系統(tǒng)的截止頻率(剪切頻率)來增大相位裕量，因此，它雖然可以 減小瞬態(tài)響應(yīng)的超調(diào)量，但卻降低了系統(tǒng)的快速性；c.滯后校正可以改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度；d.滯后校正適用于瞬態(tài)性能指標(biāo)已經(jīng)滿足、但需提高穩(wěn)態(tài)精度的系統(tǒng)。串聯(lián)校正裝置的設(shè)計(jì)方法并沒有一成不變的格式，設(shè)計(jì)者往往需要經(jīng)過反復(fù)循環(huán)的過程才能得到最佳方案，其解不是唯一的。3.預(yù)習(xí)*5中兩個(gè)要求：將下述實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)例實(shí)驗(yàn)前自行上機(jī)調(diào)試、計(jì)算，實(shí)驗(yàn)時(shí)按下述方法完成設(shè)計(jì)題目要求的內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)報(bào)告也要寫這部分內(nèi)容，并進(jìn)行分析，給出結(jié)

3、論。例1 : 一單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為(教材p237)G(s)=Ks(s 1)試用頻率特性法設(shè)計(jì)一個(gè)超前校正環(huán)節(jié)，使得ess 4.4sJ ,相位裕量學(xué)上45 ,幅值裕量h 10dBo*實(shí)驗(yàn)步驟：(1)按規(guī)定的穩(wěn)態(tài)誤差系數(shù)確定放大系數(shù)K ,此題K =10。(2)畫出未校正系統(tǒng)的伯德圖并求出其增益裕量和相位裕量。(3) MATLAB 程序：Lbac LuedT es anpBode DiagramGm = Inf dB (at Inf rad/sec) , P m = 18 deg (at 3.08 rad/sec) 100num=10; den=1 1 0; bode(num,den);

4、margin(num,den); 可得如下圖:0-10010-210-1100101102-90-180-1354-1 G0 (s)的波特圖讀出未校正系統(tǒng)的增益裕量( Gm)、相位裕量(Pm)、剪切頻率co1(4)在新的增益穿越頻率 0c = 4.4s處，點(diǎn)擊并拖動(dòng)讀出原系統(tǒng)的幅值：10lg |G(j )| ,.4-6dB =-10lg a算出 a,由 T =一T = aGc(s) =-aTs m、a1 Ts驗(yàn)算 G(s) =G0(s)Gc(s)的性能指標(biāo)。例2: 一單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G0(s)=s(s 1)(0.5s 1)1試用頻率特性法設(shè)計(jì)一個(gè)滯后校正環(huán)節(jié),使得ess 45 ,幅

5、值裕量h 210dB 。*實(shí)驗(yàn)步驟：求穿越頻率8c : c(1)按規(guī)定的穩(wěn)態(tài)誤差系數(shù)確定放大系數(shù)(2)畫出未校正系統(tǒng)的伯德圖并求出其增益裕量和相位裕量未校正系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為:Go(s)=s(s 1)(0.5s 1)試用頻率特性法設(shè)計(jì)一個(gè)滯后校正環(huán)節(jié),使得Kv之5,相位裕量為40。,截止頻率不低于0.4。在 MATLAB COMMAND WINDOWS窗口中繪制BODE圖:(3)尋找一新的幅值穿越 0c,在8c處G(jco)的相角應(yīng)等于-180加上所要求的相位裕量, 再加-6o (補(bǔ)償滯后校正環(huán)節(jié)造成的相位滯后)(4)程序:num=5; c=conv(1 1 0,0.5 1); den=c;bo

6、de(num,den); margin(num,den);可得如下圖：Bode DiagramGm = -4.44 dB (at 1.41 rad/sec) , Pm = -13 deg (at 1.8 rad/sec)函數(shù)G(s)的BODE圖4-1)Bd( ed 93 M,9edc e sahp讀出系統(tǒng)的增益裕量(Gm)、相位裕量(Pm)、剪切頻率0c、cox(6)求新的增益穿越頻率c：位置確定：要求的相位：40 c+6o=46o,人2，、.2 一一一,，一 .一 ,、.一,令5但c) =-(180 o-46o),在平(。)曲線上用雙標(biāo)點(diǎn)擊后拉動(dòng)找出-134。的點(diǎn)，記錄對(duì)應(yīng)的頻率，即為 c=

7、rad/s.(7)在幅頻特性上 6c處讀取幅頻L5c)之 dB。令201gb=b。由1bTc由101 bTs1 Ts滯后校正環(huán)節(jié)的第一轉(zhuǎn)角頻率叫=1/bT = ,第二轉(zhuǎn)角頻率切2 =1/T =*第二種方法：在 MATLAB COMMAND WINDOWS窗口鍵入如下命令:mar,pha,w=bode(num,den)可得出不同的 w值對(duì)應(yīng)的相角(PHA)和(MAR)mar =,pha =,w =?！罢页鼋茲M足 PHA= 134時(shí)對(duì)應(yīng)的切值，即為0c ,再用Workspace窗口雙擊對(duì)應(yīng)的變量, .一一一.Z、找出對(duì)應(yīng)序號(hào)下的幅頻和角頻率。記錄201gL(coC),其余同上。.校驗(yàn)校正后新系統(tǒng)

8、的性能指標(biāo)：(將G/s)與Gc(s)串聯(lián))51 bTs(1)校驗(yàn)：新系統(tǒng) G(s) =Gc(s)G0(s)=,繪制 MATLAB 波特s(s 1)(0.5s 1) 1 Ts圖，用上述方法驗(yàn)算新系統(tǒng)的相角、增益裕量等是否滿足要求。(2)分析總結(jié)設(shè)計(jì)過程，給出結(jié)論。.嬲設(shè)計(jì)題目一單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)s(s 2)試用頻率特性法設(shè)計(jì)一個(gè)超前校正環(huán)節(jié),使彳K Kv之500，相位裕量為45,截止頻率不低于 0c 2 45s。一單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=Ks(0.1s 1)( 0.2s 1)試用頻率特性法設(shè)計(jì)一個(gè)?t后校正環(huán)節(jié)，使得Kv30s”,相位裕量為40。，截止頻率不低于s之2.5s”。 c.實(shí)驗(yàn)報(bào)告