【導(dǎo)讀】掌握采用頻率法設(shè)計(jì)超前校正裝置的具體步驟；設(shè)計(jì)超前校正環(huán)節(jié)，使其校正后系統(tǒng)的靜態(tài)速度誤差系數(shù)6?vK，相角裕度為?析比較采用校正前后的Bode圖和Nyquist圖，說明其對(duì)系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)的影響?？偨Y(jié)頻率法校的優(yōu)缺點(diǎn)及其適應(yīng)條件；含Matlab源程序或Simulink仿真模型，說明書的格式按照教務(wù)處標(biāo)準(zhǔn)書寫。根據(jù)任務(wù)書的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)構(gòu)思。

　　

【正文】 法超前校正的優(yōu)缺點(diǎn)及適用條件 本方案采用超前校正來改善系統(tǒng)性能，從前面的分析設(shè)計(jì)中可以總結(jié)出其作用。 頻率法超前校正的優(yōu)缺點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)： （ 1） 在 c? 附近使對(duì)數(shù)幅 頻特性斜率減小，增大系統(tǒng)相位裕度和增益裕度； （ 2）截止頻率增大，頻帶寬增加； （ 3）由于穩(wěn)定裕度增加，單位階躍響應(yīng)的超調(diào)量減??； 缺點(diǎn)： （ 1）由于頻帶加寬，對(duì)高頻干擾較敏感； （ 2）用無源網(wǎng)絡(luò)時(shí)，須增加放大系數(shù)； 頻率法超前校正的適用條件： 適用范圍： （ 1）在靠近 c? 處，隨ω變化，相位滯后增加較緩慢的情況； （ 2）要求有大的帶寬和較快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)的情況； （ 3）高頻干擾不是主要問題的情況； 不適用情況： （ 1）在 c? 附近，相位滯后隨ω迅速增大的情況； （ 2）相位超前要求過大； （ 3）因高頻干擾指標(biāo)所限，不能增大高頻增益的情況。 頻率法校正的其他情況 頻率法校正通常可分為三種基本的校正方式：串聯(lián)校正、反饋校正和前饋校正。串聯(lián)校正是最常用的校正方式，按串聯(lián)裝置的特點(diǎn)來分，又分為串聯(lián)超前（微分）校正、串聯(lián)滯后（積分）校正和串聯(lián)滯后 超前（積分 微分）校正。本方案采用的超前校正，是用來提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，而又不影響系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度的一種校 正方法。它是在系統(tǒng)中加入一個(gè)相位超武漢理工大學(xué)《 自動(dòng)控制原理 》課程設(shè)計(jì)說明書 19 前的校正裝置，使之在穿越頻率處相位超前，以增加相位裕度，這樣既能使開環(huán)增益足夠大，又能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。滯后校正是在系統(tǒng)動(dòng)態(tài)品質(zhì)滿意的情況下，為了改善系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能的一種校正方法。從這種方法的頻率特性上看，是在低頻段提高其增益，而在穿越頻率附近，保持其相位移的大小幾乎不變。同時(shí)，如果穩(wěn)態(tài)性能滿足指標(biāo)，而動(dòng)態(tài)性能未滿足要求，并希望降低頻帶寬度時(shí)，也可利用滯后校正來降低穿越頻率。 超前校正會(huì)使帶寬增加，加快系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，滯后校正可改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性，減少穩(wěn)態(tài)誤差。如果需要同 時(shí)改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)和穩(wěn)態(tài)精度，則可采用串聯(lián)滯后 超前校正?？傊糠N方法的應(yīng)用要根據(jù)系統(tǒng)的具體情況而定。 頻率法校正的優(yōu)缺點(diǎn)及適用條件 控制系統(tǒng)校正的方法有三種：時(shí)域法、根軌跡法和頻率法。時(shí)域法的基本思想是在系統(tǒng)的傳遞函數(shù)基礎(chǔ)上增加一定的校正環(huán)節(jié)，使校正后的傳遞函數(shù)的系統(tǒng)在性能上滿足要求。根軌跡法在系統(tǒng)中加入校正裝置，就是加入了新的開環(huán)零，極點(diǎn)，這些新的零 ,極點(diǎn)將使校正后的閉環(huán)根軌跡，也就是閉環(huán)極點(diǎn)，向有利于改善系統(tǒng)性能的方向改變，這樣可以做到使閉環(huán)零 ,極點(diǎn)重新布置，從而滿足閉環(huán)系統(tǒng)的性能要求。頻 率法主要是應(yīng)用開環(huán) Bode 圖，它的基本做法是利用恰當(dāng)?shù)男Ｕb置，配合開環(huán)增益的調(diào)整 ,來修改原有的開環(huán)系統(tǒng)的 Bode 圖，使得開環(huán)系統(tǒng)經(jīng)校正于增益調(diào)整后的 Bode 圖符合性能指標(biāo)的要求。 頻率法校正的應(yīng)用較為普遍，由于應(yīng)用伯德圖，使它具有清晰、直觀、簡便的優(yōu)點(diǎn)。頻率法通常以頻率指標(biāo)來衡量和調(diào)整控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，而不是按時(shí)域指標(biāo)，因此是一種間接的方法。 在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中 ,采用的設(shè)計(jì)方法一般依據(jù)性能指標(biāo)的形式而定 .如果性能指標(biāo)以單位階躍響應(yīng)的峰值時(shí)間 ,調(diào)節(jié)時(shí)間 ,超調(diào)量 ,阻尼比 ,穩(wěn)態(tài)誤差等時(shí)域特征量給出時(shí) ,可采用 時(shí)域法校正或根軌跡法校正 。如果性能指標(biāo)以系統(tǒng)的相角裕度 ,幅值裕度 ,諧振裕度 ,閉環(huán)帶寬 ,穩(wěn)態(tài)誤差系數(shù)等頻域特征量給出時(shí) ,一般采用頻率法校正 .時(shí)域法與頻域法是兩種常用的方法 ,其性能指標(biāo)可以互換。武漢理工大學(xué)《 自動(dòng)控制原理 》課程設(shè)計(jì)說明書 20 6 心得體會(huì) 從本次課程設(shè)計(jì)中，我收獲了很多，在即將完成之時(shí)，心中帶著淡淡的喜悅，而更多的是一種謙卑的態(tài)度。 拿到題目之時(shí)，了解到是用頻率法對(duì)一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行超前校正，簡單看看系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)，是平日在理論課上較為熟悉的一階系統(tǒng)，心里不由得以為是用 MATLAB 去做一道平時(shí)的練習(xí)題。但是當(dāng)我真正開始動(dòng)手來做這次課程設(shè)計(jì)時(shí)，我 才發(fā)現(xiàn)自己的想法是非常幼稚的。整個(gè)過程中，編程中曾出現(xiàn)過不少小錯(cuò)誤，其中一個(gè)甚至嚴(yán)重影響了我的進(jìn)程，反復(fù)查資料，反復(fù)改，最后摒棄了原來所用的 getfield（）函數(shù)，才終于解決；理論計(jì)算也出現(xiàn)過很多問題，以前做題，很少遇到這種需要反復(fù)計(jì)算和試驗(yàn)的情況，也很少遇到發(fā)現(xiàn)題中的參數(shù)不能滿足要求的情況，但是經(jīng)過這次反復(fù)的計(jì)算，我不僅更加熟練地掌握了超前校正的計(jì)算，也學(xué)會(huì)了應(yīng)用 MATLAB 這一強(qiáng)大的軟件來幫助分析和設(shè)計(jì)，它可以很大程度地減少人為工作量。 而最重要的，我想是在不斷地遇到問題、無法解決、反復(fù)嘗試、改換思路 方法、最終解決的過程中，自己對(duì)于自動(dòng)控制這門課程，甚至是我們的自動(dòng)化專業(yè)有了一種更加專業(yè)的態(tài)度。我認(rèn)識(shí)到，不論是這一門專業(yè)課還是整個(gè)專業(yè)，我們平時(shí)的看書、做題也許可以應(yīng)對(duì)考試，但是要真正成為一個(gè)專業(yè)上的有用之人，要走的路還很遠(yuǎn)很長。我們需要更多的思考，仔細(xì)想想所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用，各因素的相互制約關(guān)系，在工程計(jì)算中各性能指標(biāo)的平衡等；我們更需要實(shí)踐，實(shí)踐不僅能夠檢驗(yàn)理論，更可以幫助我們發(fā)現(xiàn)更多的問題，我們必須在不斷解決問題的過程中積累經(jīng)驗(yàn)，在專業(yè)方面有所成長；當(dāng)然還有不可或缺的耐心和堅(jiān)持，是任何事成功的基礎(chǔ)。武漢理工大學(xué)《 自動(dòng)控制原理 》課程設(shè)計(jì)說明書 21 7 參考文獻(xiàn) [1] 王建輝 顧樹生 . 自動(dòng)控制原理 . 北京：清華大學(xué)出版社， 2020 [2] 王萬良 . 自動(dòng)控制原理 . 北京：高等教育出版社， 2020 [3] 胡壽松 . 自動(dòng)控制原理（第四版） . 北京：科學(xué)出版社， 2020 [4] 張 靜 . MATLAB 在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 . 北京：電子工業(yè)出版社， 2020 [5] 張志涌 . MATLAB 教程 .北京 :北京航空航天大學(xué)出版社， 2020 [6] 王廣雄 . 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 北京：清華大學(xué)出版社， 2020 武漢理工大學(xué)《 自動(dòng)控制原理 》課程設(shè)計(jì)說明書 22 本科生課程設(shè)計(jì)成績?cè)u(píng)定表 姓 名 陳潔 性 別 男 專業(yè)、班級(jí) 自動(dòng)化 1101班 課程設(shè)計(jì)題目：基于頻率法的超前校正設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)答辯或質(zhì)疑記錄： 成績?cè)u(píng)定依據(jù)： 評(píng) 定 項(xiàng) 目 評(píng)分成績 1．選題合理、目的明確（ 10 分） 2．設(shè)計(jì)方案正確、具有可行性、創(chuàng)新性（ 20 分） 3．設(shè)計(jì)結(jié)果（ 20 分） 4．態(tài)度認(rèn)真、學(xué)習(xí)刻苦、遵守紀(jì)律（ 15 分） 5．設(shè)計(jì)報(bào)告的規(guī)范化、參考文獻(xiàn)充分（不少于 5 篇）（ 10 分） 6．答辯（ 25 分） 總 分 最終評(píng)定成績（以優(yōu)、良、中、及格、不及格評(píng)定） 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日