自动控制原理设计报告.doc

自 动 控 制 原 理课程设计报告学生姓名： 班 级： 学 号：指导老师：设计时间：目录1.设计目的12.设计任务与要求13.设计方法及步骤13.1系统的开环增益13.2校正前的系统13.2.1校正前系统的bode图和阶跃响应23.2.2matlab程序33.3校正装置33.3.1校正结构图33.3.2校正装置参数43.3.3 matlab程序43.4校正后的系统53.4.1校正后系统的bode图和阶跃响应53.4.2 matlab程序63.5系统模拟电路图63.5.1未校正系统63.5.2校正装置73.5.3校正后系统74.课程设计小结和心得81.设计目的1.1掌握控制系统的设计与校正方法、步骤。1.2掌握对控制系统的相角裕度、稳态误差、截止频率和动态性能分析。1.3掌握利用matlab对控制理论内容进行分析。1.4提高大家分析问题解决问题的能力。2.实验任务与要求题目2：已知单位负反馈系统被控制对象的开环传递函数用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计。任务：用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计，使系统满足如下动态及静态性能指标：（1）在单位斜坡信号作用下，系统的稳态误差；（2）系统校正后，相位裕量。（3）截止频率。3.设计方法及步骤3.1系统的开环增益:按要求的稳态误差系数，求出系统的开环放大系数k。因为题目要求在单位斜坡输入下的稳态误差为ess=0.05所以有 ess=lim 1 sg0(s)=1/k0.05k20,取k=28则其结构图为图1图1用程序求相角裕度其程序如下：num=28;den=0.5 1 0gm,pm,wcg,wcp=margin(num,den)%的结果为:gm=infpm=15.2205wcg=infwcp=7.35083.2校正前的系统3.2.1利用matalab画出校正前系统的bode图如图2程序为：d1=1 0;d2=0.5 1;den=convd1,d2;num=28;bodenum,den图23.2.2其阶跃响应图为图3：g=tf(28,0.5 1 0 );g1=feedback(g,1);t=0:0.01:10;step(g1,t);gridxlabel（t）;ylabel(c(t);图33.3校正装置:3.3.1校正结构图3.3.2校正装置参数根据相角裕量450的要求，再考虑到串接滞后校正装置的相角滞后，从未校正系统的频率特性曲线图1上，找出对应相角1800+（450+180）=1170处的频率wc1.01rad/s。wc将作为校正后系统的增益交界频率。确定滞后装置的传递函数 gc=(1+ats)/(1+ts)根据滞后校正装置的最大幅值和原系统在wc上的幅值相等条件，求出a值。在wc=wc处，从未校正的对数幅频特性曲线上求得 :20lg|g0(j wc)| =27.8db再由20lg 1/a=27.8db 计算出a=0.0407由 1/at=1/28wc 所以当wc1.01rad/s a=0.0407时，可求得 t=681s将所求的a值和t值代入式得校正装置的传递函数为： gc(s)=(1+27.7s)/(1+681s)3.3.2利用matlab画出校正装置的bode图如图4程序为：gc=tf(27.7 1,681 1); margin(gc)图43.4校正后的系统：3.4.1已校正后系统的开环传递函数为 g（s）= g0（s）gc(s) =28(27.7s+1)/s(0.5s+1)(681s+1)用程序求相角裕度其程序如下其程序为: n1=28;d1=0.5 1 0s1=tf(n1,d1);s2=tf(27.7 1,681 1);s=s1*s2;gm,pm,wcm,wcp=margin(s)margin(s)运算结果：相角裕量pm =61.117 截止频率 wcp =1.016校正后验证由此可知校正后的相角裕量=61.1170450 截止频率wc=1.016rad/s num=678.6 26; den1=conv(d1,d2);den=conv(den1,d3); num=775.6 28; bode(num,den)图53.4.3校正后系统的单位阶跃响应图图6其程序为：g=tf(775.6 28,340.5 681.5 1 0);g1=feedback(g,1);t=0:0.1:10;step(g1,t);gridxlabel（t）;ylabel(c(t)图6校正后的结构图为图7图73.4.4将校正前后以及校正装置的伯德图放入同一个图中如图8其程序为：g1=tf(28,0.510);g2=tf(27.71,6811);g3=tf(775.628,340.5681.510);gm,pm,wg,wp=margin(g1);bode(g1,r-,g2,g,g3); 图83.5系统模拟电路图4课程设计小结和心得这是我的第一次课程设计项目，在这次的课程设计之前，对于自控控制原理的相关知识，我们重新翻看这学期的书本，特别是第六章和382页到404页。在校正设计时候，在试取值时需要对校正原理较好的理解才能取出合适的参数，期间我们也不是一次就成功，选了几次才选出比较合适的参数。通过这次的课程设计，我能比较好的掌握了自动控制原理中各种校正装置的作用及用法，学会根据不同的系统性能指标要求进行合理的系统设计，并调试满足系统的指标；对于串联滞后校正，通过校正前后系统bode图的比较，我知道校正提高了系统相角裕度，降低了截止频率，并且引入了开环零极点。对于这一次课程设计，我真心感觉到累。首先安装matlab软件时就遇到了麻烦，一堆的人安装不了，我是安装了