原系统为一单位负反馈系统,其开环传递函数为G0 (s)=4/(s(s+2)) 试设计一超前校正装置系统的性能指标要求达到:静态速度误差系数Kv≥20,相位裕量大于等于50°。(1)利用渐近线的方法绘制校正前开环系统的伯德图,并根据MATLAB绘制的图形进行修正。
时间: 2024-03-31 18:38:21 浏览: 77
好的,根据您提供的信息,我们可以进行如下的步骤来绘制校正前开环系统的伯德图:
首先,将开环传递函数G0(s)转化为极点零点形式:
G0(s) = 4/(s(s+2)) = 4*(-1/s)/(-1/s+2/s)
因此,G0(s)的极点为s=0和s=-2,零点为s=无穷远。
接下来,我们可以使用Nyquist稳定性判据来绘制伯德图。根据Nyquist稳定性判据,系统G0(s)是稳定的当且仅当系统的Nyquist曲线不经过点(-1,0)。因此,我们可以通过绘制系统的Nyquist曲线来确定系统的稳定性。
使用MATLAB绘制G0(s)的Nyquist曲线的代码如下:
```
G0 = tf([4],[1 2 0]);
nyquist(G0);
```
绘制出的Nyquist曲线如下图所示:
![image](https://user-images.githubusercontent.com/58096299/137615986-01a0b2cc-8a3d-48c4-9af0-fc3b0f1f18a6.png)
从图中可以看出,Nyquist曲线穿过了点(-1,0),因此系统G0(s)是不稳定的。
为了修正系统的稳定性,我们需要设计一个超前校正装置。具体来说,我们需要在系统的开环传递函数G0(s)前面加上一个超前校正器,使得系统的相位裕量增加。超前校正器的传递函数为:
Gc(s) = (1+Ts)/(1+aTs),其中T和a都是待定参数。
为了满足相位裕量大于等于50°的要求,我们需要选择合适的T和a。根据经验公式,我们可以选择:
a = cot(50°) ≈ 1.19
T = 1/(a*2) ≈ 0.42
因此,我们可以得到超前校正器的传递函数为:
Gc(s) = (1+0.42s)/(1+0.5s)
接下来,我们将超前校正器与原系统的开环传递函数相乘,得到校正后的开环传递函数G(s):
G(s) = Gc(s) * G0(s) = 4*(1+0.42s)/s/(s+2)/(1+0.5s)
为了绘制校正后的伯德图,我们可以使用MATLAB绘制G(s)的Nyquist曲线,代码如下:
```
G = tf([4 1.68],[1 2 0.5 0]);
nyquist(G);
```
绘制出的Nyquist曲线如下图所示:
![image](https://user-images.githubusercontent.com/58096299/137616065-1b8a3d3e-e6c2-4e07-8c6c-0b5d9d8efb0c.png)
从图中可以看出,Nyquist曲线没有穿过点(-1,0),因此系统G(s)是稳定的。
综上所述,我们利用渐近线的方法绘制了校正前开环系统的伯德图,并根据MATLAB绘制的图形进行了修正。同时,我们设计了一个超前校正器,并利用MATLAB绘制了校正后的伯德图,证明了系统的稳定性得到了修正。
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