實(shí)驗(yàn)四控制系統(tǒng)的校正(設(shè)計(jì)性實(shí)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))1實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?理解超前、滯后校正環(huán)節(jié)的作用；2.熟悉利用MATLAB軟件實(shí)現(xiàn)頻域法校正的方法;3利用頻域法設(shè)計(jì)典型超前、滯后校正環(huán)節(jié)。2實(shí)驗(yàn)原理：校正裝置的特點(diǎn)和作用(1)超前校正傳遞函數(shù)aG(s)=c1+aTs1+Ts最大超前角最大超前角對(duì)應(yīng)的頻率1m=而特點(diǎn)和作用超前校正是通過(guò)其相位超前特性來(lái)改善系統(tǒng)的品質(zhì)；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；超前校正對(duì)提高穩(wěn)態(tài)精度作用不大；超前校正適用于穩(wěn)態(tài)精度已經(jīng)滿(mǎn)足、但瞬態(tài)性能不滿(mǎn)足要求的系統(tǒng)。(2)滯后校正傳遞函數(shù)G(s)=學(xué)竽b1c1+Ts特點(diǎn)和作用滯后校正

2、是通過(guò)其低頻積分特性來(lái)改善系統(tǒng)的品質(zhì)；滯后校正是通過(guò)降低系統(tǒng)的截止頻率(剪切頻率)來(lái)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；滯后校正可以改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度；滯后校正適用于瞬態(tài)性能指標(biāo)已經(jīng)滿(mǎn)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(méi)有一成不變的格式，設(shè)計(jì)者往往需要經(jīng)過(guò)反復(fù)循環(huán)的過(guò)程才能得到最佳方案，其解不是唯一的。3.預(yù)習(xí)*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5中兩個(gè)設(shè)計(jì)題目要求的內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)報(bào)告也要寫(xiě)這部分內(nèi)容，并進(jìn)行分析，給出結(jié)論。例1：一單位反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為(教材p237)G(s)=K-s(s+1)試用

3、頻率特性法設(shè)計(jì)一個(gè)超前校正環(huán)節(jié)，使得e4.4s-1,ssc相位裕量丫45，幅值裕量h”10dB。*實(shí)驗(yàn)步驟：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二10。畫(huà)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：num=10;den=110;bode(num,den);margin(num,den);可得如下圖：10-210-11001011024-1G(s)的波特圖0讀出未校正系統(tǒng)的增益裕量(Gm)、相位裕量(Pm)、剪切頻率。c(4)在新的增益穿越頻率”二4.4s-1處，點(diǎn)擊并拖動(dòng)讀出原系統(tǒng)的幅值:c10lgIG(jo)I=-6dB=-10lgaO=4.411+aTs算

4、出a,由T二一=nTnaG(s)二oQac1+Tsm驗(yàn)算G(s)二G(s)G(s)的性能指標(biāo)。0c例2：一單位反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為0s(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e4.4s-1，相位裕ssc量丫”45，幅值裕量h”10dB。*實(shí)驗(yàn)步驟：求穿越頻率:c(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二5。2)畫(huà)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)=5s(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K5,相位裕量為40，截止頻率不低于0.4。v在MATLABCOMMANDWINDOWS窗口中繪

5、制BODE圖：尋找一新的幅值穿越，在處G(jw)的相角應(yīng)等于-180加上所要求的相位裕量，cc再加-6(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(110,0.51);den=c;bode(num,den);margin(num,den);可得如下圖：BodeDiagram=-4.44dB(at1.41rad/sec),Pm=-13deg(at1.8rad/sec)Bd(edutingaM)ged(esah1292711-11224-1函數(shù)G(s)的BODE圖讀出系統(tǒng)的增益裕量(Gm)、相位裕量(Pm)、剪切頻率。cx(6)求新的增益穿越頻率”：位置確定：要求的相位

6、：40+6=46,c令*(”)=-(180-46),在申()曲線(xiàn)上用鼠標(biāo)點(diǎn)擊后拖動(dòng)找出-134的點(diǎn)，記錄對(duì)c應(yīng)的頻率，即為=rad/s.c(7)在幅頻特性上”處讀取幅頻L(w)沁dB。令20lgb=nb。由ccu匕nTnG(s)=1+bTsbT10c1+Ts滯后校正環(huán)節(jié)的第一轉(zhuǎn)角頻率w=1/bT=，第二轉(zhuǎn)角頻率1w=1/T=。2*第二種方法：在MATLABCOMMANDWINDOWS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=找出近似滿(mǎn)足PHA=134時(shí)對(duì)應(yīng)的w值，即為w”，再用Workspace窗口雙擊

7、對(duì)應(yīng)的變量,c找出對(duì)應(yīng)序號(hào)下的幅頻和角頻率。記錄20lgL(w)，其余同上。4.校驗(yàn)校正后新系統(tǒng)的性能指標(biāo)：(將Gc(s)與Gc(s)串聯(lián))校驗(yàn)：新系統(tǒng)G(s)=G(s)G0(s)=MATLAB波特5上匹繪制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(mǎn)足要求。(2)分析總結(jié)設(shè)計(jì)過(guò)程，給出結(jié)論。5.爨設(shè)計(jì)題目(1)一單位反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為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)，使得K500,相位裕量為45，截止頻率不v低于w45s-1。c(2)一單位反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為s(0.1s+1)(0.2s+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K30s-1,相位裕量為40，截止頻率v不低于w2.5s-1。c6實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求（1）對(duì)于頻率