自控實驗報告

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上實驗報告（5）實驗名稱實驗五 線性系統(tǒng)串聯(lián)校正實驗日期2014-6-6指導教師于海春一、實驗目的1熟練掌握用MATLAB語句繪制頻域曲線。2掌握控制系統(tǒng)頻域范圍內(nèi)的分析校正方法。3掌握用頻率特性法進行串聯(lián)校正設計的思路和步驟。二、預習要求1熟悉基于頻率法的串聯(lián)校正裝置的校正設計過程。2熟練利用MATLAB繪制系統(tǒng)頻域特性的語句。三、實驗內(nèi)容1某單位負反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，試設計一超前校正裝置，使校正后系統(tǒng)的靜態(tài)速度誤差系數(shù)，相位裕量，增益裕量。2某單位負反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，試設計一個合適的滯后校正網(wǎng)絡，使系統(tǒng)階躍響應的穩(wěn)態(tài)誤差約為0.04，相角裕量約

2、為。3某單位負反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，試設計一滯后-超前校正裝置，使校正后系統(tǒng)的靜態(tài)速度誤差系數(shù)，相位裕量，增益裕量。三、實驗結(jié)果分析  1開環(huán)傳遞函數(shù)為的系統(tǒng)的分析及其串聯(lián)超前校正： （1）取K=20，繪制原系統(tǒng)的Bode圖： 源程序代碼：                  num0=20;      

3、0;           den0=1,1,0;                  w=0.1:1000;                 

4、 gm1,pm1,wcg1,wcp1=margin(num0,den0);                  mag1,phase1=bode(num0,den0,w);                  gm1,pm1,wcg1

5、,wcp1                  margin(num0,den0)                  grid;  >>運行結(jié)果ans = Inf 12.7580 Inf 4.4165Bode圖

6、：分析： 由結(jié)果可知，原系統(tǒng)相角裕度r=12.75800，cw=4.4165rad/s，不滿足指標要求，系統(tǒng)的Bode圖如上圖所示?？紤]采用串聯(lián)超前校正裝置，以增加系統(tǒng)的相角裕度。 （2）系統(tǒng)的串聯(lián)超前校正：代碼見附5.1>>運行結(jié)果ans = Inf 12.7580 Inf 4.4165 num/den = 0.31815 s + 1 - 0. s + 1校正之后的系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為: num/den = 6.363 s + 20 - 0. s3 + 1.0624 s2 + sBode圖：分析：     

7、60; 由結(jié)果可知，校正環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為（0.31815 s + 1）/（0. s + 1），校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為（6.363 s + 20）/（0. s3 + 1.0624 s2 +  s）,系統(tǒng)的Bode圖如上圖所示。（3）系統(tǒng)的SIMULINK仿真 校正前 SIMULINK仿真模型：單位階躍響應波形： 校正后 SIMULINK仿真模型：單位階躍響應波形：分析：  &

8、#160;     由以上階躍響應波形可知，校正后，系統(tǒng)的超調(diào)量減小，調(diào)節(jié)時間變短，穩(wěn)定性增強。2、開環(huán)傳遞函數(shù)為 的系統(tǒng)的分析及其串聯(lián)滯后校正： （1）取K=24，繪制原系統(tǒng)的Bode圖： 源程序代碼：num0=24;den0=1 3 3 1; w=logspace(-1,1.2);gm1,pm1,wcg1,wcp1=margin(num0,den0);mag1,phase1=bode(num0,den0,w);gm1,pm1,wcg1,wcp1margin(num0,den0)grid;>>運行結(jié)果ans =

9、0.3334 -29.1467 1.7322 2.7056分析： 由結(jié)果可知，原系統(tǒng)不穩(wěn)定，且截止頻率遠大于要求值。系統(tǒng)的Bode圖如上圖所示，考慮采用串聯(lián)超前校正無法滿足要求，故選用滯后校正裝置。 （2）系統(tǒng)的串聯(lián)滯后校正： 源程序代碼見附5.2運行結(jié)果>>ans = 0.3334 -29.1467 1.7322 2.7056 num/den = 11.4062 s + 1 - 116.386 s + 1校正之后的系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為: num/den = 273.75 s + 24 - 116.386 s4 + 350.1579 s3 + 352.1

10、579 s2 + 119.386 s + 1Bode圖：分析：       由結(jié)果可知，校正環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為（11.4062 s + 1）/（116.386 s + 1），校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為273.75 s + 24 - 116.386 s4 + 350.1579 s3 + 352.1579 s2 + 119.386 s + 1系統(tǒng)的Bode圖如上圖所示。（3）系統(tǒng)的SIMULINK仿真 校正前 SIMULINK仿真模型：階躍信號仿真波形

11、校正后 SIMULINK仿真模型：單位階躍響應波形：分析：       由以上仿真結(jié)果知，校正后，系統(tǒng)由不穩(wěn)定變?yōu)榉€(wěn)定，系統(tǒng)的階躍響應波形由發(fā)散變?yōu)槭諗浚到y(tǒng)無超調(diào)。3、系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為的系統(tǒng)的分析及滯后-超前校正： （1）取K=20，繪制原系統(tǒng)的Bode圖：源程序代碼：num0=20;den0=1 3 2 0;w=logspace(-1,1.2);gm1,pm1,wcg1,wcp1=margin(num0,den0);mag1,phase1=bode(num0,den0,w);gm1,pm1,wcg

12、1,wcp1margin(num0,den0)grid;運行結(jié)果ans =0.3000 -28.0814 1.4142 2.4253分析：        由結(jié)果可以看出，單級超前裝置難以滿足要求，故設計一個串聯(lián)滯后-超前裝置。  （2）系統(tǒng)的串聯(lián)滯后校正：代碼見附5.3Bode圖運行結(jié)果： ans = 0.3000 -28.0814 1.4142 2.4253 num/den = 13.4237 s2 + 8.4501 s + 1 - 13.4237 s2 + 63.5032 s +

13、1校正之后的系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為: num/den = 268.4748 s2 + 169.0013 s + 20 - 13.4237 s5 + 103.7745 s4 + 218.3572 s3 + 130.0065 s2 + 2 s分析：       由結(jié)果可知，校正環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為（13.4237 s2 + 8.4501 s + 1）/（13.4237 s2 + 63.5032 s + 1），校正后系統(tǒng)

14、的開環(huán)傳遞函數(shù)為（268.4748 s2 + 169.0013 s + 20）/（13.4237 s5 + 103.7745 s4 + 218.3572 s3 + 130.0065 s2 + 2 ）,系統(tǒng)的Bode圖如上圖所示。（3）系統(tǒng)的SIMULINK仿真 校正前 SIMULINK仿真模型：階躍信號波形校正后 SIMULINK仿真模型：階躍信號波形分析： 由以上仿

15、真結(jié)果知，校正后，系統(tǒng)由不穩(wěn)定變?yōu)榉€(wěn)定，系統(tǒng)的階躍響應波形由發(fā)散變?yōu)槭諗浚到y(tǒng)超調(diào)量減小。 四、心得與體會   控制系統(tǒng)設計的思路之一就是在原系統(tǒng)特性的基礎上，對原特性加以校正，使之達到要求的性能指標。常用的串聯(lián)校正裝置有超前校正、滯后校正和超前滯后校正裝置。本實驗主要討論在MATLAB環(huán)境下進行串聯(lián)校正設計，然后通過用SIMULINK 創(chuàng)建校正前后系統(tǒng)的模塊圖并觀察其超調(diào)量，整個過程使得我們對這幾種校正方法有了更直觀的認識。附5.1num0=20; den0=1,1,0; w=0.1:1000; gm1,pm1,wcg1,wcp1=margi

16、n(num0,den0); mag1,phase1=bode(num0,den0,w); gm1,pm1,wcg1,wcp1 margin(num0,den0) grid; e=5;r=50;r0=pm1;phic=(r-r0+e)*pi/180;alpha=(1+sin(phic)/(1-sin(phic);il,ii=min(abs(mag1-1/sqrt(alpha);wc=w(ii);T=1/(wc*sqrt(alpha);numc=alpha*T,1;denc=T,1;num,den=series(num0,den0,numc,denc);gm,pm,wcg,wcp=margin(n

17、um,den);printsys(numc,denc)disp('校正之后的系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為:');printsys(num,den)mag2,phase2=bode(numc,denc,w);mag,phase=bode(num,den,w);subplot(2,1,1);semilogx(w,20*log10(mag),w,20*log10(mag1),'-',w,20*log10(mag2),'-.');grid;ylabel('幅值(db)');title('-Go,-Gc,GoGc');title(&#

18、39;校正前：幅值裕量=',num2str(20*log10(gm1),'db','相位裕量=',num2str(pm1),'0');subplot(2,1,2);semilogx(w,phase,w,phase1,'-',w,phase2,'-',w,(w-180-w),':');grid;ylabel('相位(0)');xlabel('頻率(rad/sec)');title('校正后：幅值裕量=',num2str(20*log10(gm),

19、'db','相位裕量=',num2str(pm),'0');附5.2num0=24;den0=1 3 3 1; w=logspace(-1,1.2);gm1,pm1,wcg1,wcp1=margin(num0,den0);mag1,phase1=bode(num0,den0,w);gm1,pm1,wcg1,wcp1margin(num0,den0)grid;e=10;r=45;r0=pm1;phi=(-180+r+e);il,ii=min(abs(phase1-phi);wc=w( ii);beit=mag1(ii);T=10/wc;numc=T

20、,1;denc=beit*T,1;num,den=series(num0,den0,numc,denc);gm,pm,wcg,wcp=margin(num,den);printsys(numc,denc)disp('校正之后的系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為:');printsys(num,den)mag2,phase2=bode(numc,denc,w);mag,phase=bode(num,den,w);subplot(2,1,1);semilogx(w,20*log10(mag),w,20*log10(mag1),'-',w,20*log10(mag2),'-.

21、');grid;ylabel('幅值(db)');title('-Go,-Gc,GoGc');title('校正前：幅值裕量=',num2str(20*log10(gm1),'db','相位裕量=',num2str(pm1),'0');subplot(2,1,2);semilogx(w,phase,w,phase1,'-',w,phase2,'-',w,(w-180-w),':');grid;ylabel('相位(0)');xl

22、abel('頻率(rad/sec)');title('校正后：幅值裕量=',num2str(20*log10(gm),'db','相位裕量=',num2str(pm),'0');附5.3num0=20;den0=1 3 2 0;w=logspace(-1,1.2);gm1,pm1,wcg1,wcp1=margin(num0,den0);mag1,phase1=bode(num0,den0,w);gm1,pm1,wcg1,wcp1margin(num0,den0)grid;wc=1.58;beit=10;T2=10/wc;lw=20*log10(w/1.58)-9.12;il,ii=min(ab