自 动 控 制 原 理
课 程 设 计 报 告
专 业： 电气工程及其自动化 姓 名： 李自新 学 号： 131103032
一、绪论
完成一个控制系统的设计任务，往往需要经过理论和实践的反复比较才可以得到比较合理的结构形式和满意的性能，在用分析法进行串联校正时，校正环节的结构通常采用超前校正、滞后校正、超前滞后校正这三种类型，也就是工程上常用的PID 调节器。本次课设采用的超前超前校正的基本原理是利用超前相角补偿系统的滞后相角，改善系统的动态性能，如增加相角裕度，提高系统稳定性能等，而由于计算机技术的发展，matlab在控制器设计，仿真和分析方面得到广泛应用。本次课设采用用Matlab软件对系统进行了计算机仿真，分析未校正系统的动态性能和超前校正后系统是否满足相应动态性能要求。
二、设计题目：
设角位移伺服系统的开环模型为Gc(s)?K，试采用四阶参考模型
s(0.2s?1)法设计矫正装置Gc(s)，使得矫正后实现下述性能指标： （a）静态速度误差系数； Kv≥200 （b）阶跃响应的过渡时间ts<04.秒； （c）阶跃响应的超调量Mp<30%； 并计算相位裕度γc的大小。
三、原理分析
1.基于频率法的四阶参考模型矫正原理：
（1）满足稳态精度，令K=200，作原系统的波得图Lo如图1-1所示。 作图程序为： num=[200]; den=[0.2 1 0]; bode(num,den);
原系统开环截止频率为?c0?31.6，相位裕度为?c0?9o。系统虽然是稳定的，但是存在严重的振荡。
图1-1 原系统的波德图
（2）估算四阶参考模型L参(w)，计算开环截止频率?c，给定ts?0.4，?c0?31.6，取?c?20，作斜率为-20dB的斜线。 给定Mp?30%，由计算得中频段宽度h?1hMp%?64Mp%?16?30?64?6.7，
30?16取h?8，则其转折频率?2??c?7.07?7；
?3?h?c?56.6?60；
过?2?7作斜率-40dB的斜线与原系统波德图低频段相交， 求得第一衔接点为?1?1?2?0.7； 10取?3的2倍频作为?4，?4?2?3?120； 参考曲线的传递函数为：
Gc''(s)?200 321.43s?s作参考特性曲线波德图如图1-2所示： 校正装置的特性为L校，L校= L参-Lo。
图1-2 参考特性曲线波德图
矫正装置的传递函数为： Gc'(s)?(0.2s?1)(0.143s?1)
(1.43s?1)(0.017s?1)(0.0084s?1)作校正装置的波德图，如图1-3所示：
图1-3 校正装置的波德图
总传递函数为：G(s)?G0(s)Gc'(s)
G(s)?200(0.143s?1)
s(1.43s?1)(0.017s?1)(0.0084s?1)校正前时域仿真如图1-4所示：
图1-4 校正前阶跃曲线
校正后时域仿真如图1-5所示：
图1-5 校正后阶跃曲线
校正后，开环截止频率为：
?c?19.4
相位裕度为：
?c?45o???c0?9o
超调量Mp约为30%，过渡时间约为0.4秒，且大大减小了振荡。
2.基于根轨迹法校正
自动控制原理_频率法和根轨迹法系统矫正课程设计
