自动控制课程设计滞后环节校正

1、I动化专业课程设计报告自动控制原理设计班级：自动化10 1班姓名：许 明学号： 1005130116时间：2012年12月17-21日地点：实验楼17实验室指导教师:崔新忠自动化教研室目动控制课程设计、课程设计题目：已知单位反馈系统开环传递函数如下:Go s =s s 2.8 s 0.8试设计滞后校正环节，使其校正后系统的静态速度误差系数Kv -6 ,系统阻尼比-=0.307 ,绘制校正前后系统的单位阶跃响应曲线，开环Bodeffl和15环Nyquist二、课程设计目的1 .通过课程设计使学生更进一步掌握自动控制原理课程的有关知识，加深 对内涵的理解，提高解决实际问题的能力。2 .理解自动控制

2、原理中的关于开环传递函数，闭环传递函数的概念以及二 者之间的区别和联系。3 .理解在自动控制系统中对不同的系统选用不同的校正方式，以保证得到 最佳的系统。4 .理解在校正过程中的静态速度误差系数，相角裕度，截止频率，滞后角 频率，分度系数，时间常数等参数。5 .学习MATLAB在自动控制中的应用， 会利用MATLAB提供的函数求出所需要得到 的实验结果。三、课程设计内容1.已知单位反馈系统开环传递函数如下：GO s =s s 2.8 s 0.8试设计滞后校正环节，使其校正后系统的静态速度误差系数 Kv -6 ,系统阻尼比-0.307 ,绘制校正前后系统的单位阶跃响应曲线，开环Bode0和15环

3、Nyquist假定此时的系统的静态速度误差系数是符合要求的，即：Kv-6则有:=limsP s s 2.8 s 0.8,6下面画出未校正前系统的对数频率特性，如图所示可知Wg =1.91rad/s,计算出未校正前的系统的相角裕量(0) =90 -arctan( 0.682 Wco ) 一arctan( 2.3875 Wc ) =-40.1相角裕量为负值，说明未校正系统不稳定。K=13.44,故有；G(S)=13.4413.44s s 2.8 s 0.8sA3 3.6sA2 2.24 s1）对原系统进行分析，绘制该系统的单位阶跃响应其对应的代码：num=13.44;den=1 3.6 2.24

4、0;sys=tf(num,den);sys1=feedback(sys,1);t=0:0.1:45;step(sys1,t) hold on grid hold off title('校正前单位阶跃响应图')file Edit View Insert Tools Desktop Vindow Help*匕3 h用j aa 4种理房 I q口画 皿Root Locu£5一芝 guaBE_对应代码： num=13.44; den=1,3.6,2.24,0; rlocus(num,den);grid；File Edrt View Insert Tao Is Desktop

5、VSndDW Help12m 心a 因 a QBode D国 gSEG<n - -4.44 dB (st 1.5 nadi'aBc), Pnn -11.6 deg (at 1.91 radi'a.BC:Frequency 伊时身ec对应代码： num=13.44; den=1 3.6 2.24 0; sys=tf(num,den);margin(sys) hold on gridhold off由图中可得：截止频率Wc=1.91 相角裕度丫 =-11.6 幅值裕度h=-4.444）校正前奈斯图Figure 1File Edit View Insert Tools Desk

6、top Window Help0d 4跄/国国FJyqurst DiagramReal电信3 - XVErBUaEE其相应代码：num=13.44;den=1 3.6 2.24 13.44;nyquist(num,den) title（'校正前奈奎斯特图）四、校正装置设计(1)参数的确定在系统前向通路中插入一个相位滞后的校正装置，确定校正装置传递函数。-14°r = 0.307 ； 七 <0.01 V； 取F=30.7 ° , 一般取 c c (Wc'')=-6由 y = ¥( Wc'')+(pc ( Wc'&

7、#39;)，取(pc (Wc'')=-10 ° ,计算得不(Wc'') =40.7 通过 7 (Wc'')可求得 Wc''=0.597根据20lgb+L( Wc' )=0, /bt =0.2Wc”确定滞后网络参数 b和T： b=0.127 , T=65.95即校正装置传递函数为：G=1 8.38 s1 65.95 s校正后的传递函数为：13.441 8.38s13.44 112 .6272 sG IS =s s 2.8 s 0.81 65 .95 s 65 .95sA4 238 .42sA3 151 .328 s

8、A2 2.24s校正后的单位阶跃图num=13.44;den=1 3.6 2.24 0;sys1=tf(num,den);num1=8.38 1;den1=65.95 1;sys2=tf(num1,den1);sys3=sys1*sys2;sys4=feedback(sys3 ,1);t=0:0.1:45;step(sys4,t)从阶跃响应图中可以看到，系统此时稳定Figure 1、回File Edit View Insert Tool? Desktop Window Help3口目、-、&氏/ ,母 国国Bode DiagramGm = 11,9 dB (at 1.37 rad/s&

9、amp;c), Pm = 31 由g (at 0,605 radfsec)3Frequency39 p)USEOCL相应代码；num=13.44;den=1 3.6 2.24 0;sys1=tf(num,den);num1=8.38 1;den1=65.95 1;sys2=tf(num1,den1);sys3=sys1*sys2;margin(sys3)grid相角裕度=35.5 ° 幅值裕度=12.5db鼠1 Figure 1File Edit View Insert Tools Desktop Wiihdow Help di d%-%器氏昌口国国Real AxisHyqutst

10、Dieg日 mG 5 1 5 h , o 1 J y)_w /Jmllofnlu-校正后奈氏图代码：num=112.6272 13.44;den=65.95 238.42 151.328 114.867 13.44;nyquist(num,den)5)校正后的根轨迹图根轨迹代码：num=221.76 13.44;den=127.15 458.74 252.416 224 13.44;rlocus(num,den);grid;五、总结通过这次对控制系统的滞后校正设计的分析，让我对串联滞后校正环节 有了更清晰的认识，同时也学会了公式编辑器的基本使用方法，加深了对课本知识的进一步理解。在这次课程设计

11、的过程中，虽然开始有不少知识不是很了解，但通过查找资 料以及咨询同学和老师，最后都得到了解决，在寻找答案的过程中，我学到了很 多平时缺少的东西，也使我深深认识到认真学习的重要性， 平时看似不起眼的一 些知识点在关键时刻却有着重要的作用。同时，这次课程设计让我接触到 Matlab软件，用它对控制系统进行频域 分析，大大简化了计算和绘图步骤，计算机辅助设计已经成为现在设计各种系 统的主要方法和手段，因此熟练掌握各种绘图软件显得尤为重要。在今后的学 习中，我会发挥积极主动的精神，把所学知识与实践结合起来，努力掌握 Autocad、Matlab等相关软件的使用方法。在这次课程设计过程，也让我深深地体会

12、团队精神的重要性。 从课程设计 的入手到最后分析，对于一个人来说可能是个不小的挑战， 注意到每个细节更 是不易，我们班的各位同学在独立思考的基础上，遇到难题互相帮助，使各种 难题得到了解决。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，仅有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来， 从理论中得出结 论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。 在设计过程中遇到的问题是很多的， 但我想难免会遇到这样或那样的问题， 同 时在设计的过程中发现了自己的不足之处， 对以前所学过的知识理解得不够深 刻，掌握得不够牢固通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重