自动控制原理 课程设计报告 范文

1、 目录一、课设的任务与要求1I、课设的题目与问题1II课设的范化要求1二、设计正文3I、第一问31-1 题目的处理31-2 题目的代码31-3 运行的的结果31-4 比较4II 、第二问52-1 题目的处理52-2 题目的代码52-3 运行的结果5K>06K<06III、第三问63-1 题目的处理63-3 运行的结果73-4 结论8IV、第四问8第四问中的第一小题84-1-1题目的分析84-1-2题目的代码84-1-3运行结果94-1-4 系统的校正94-1-4-1 超前校正94-1-4-2 滞后校正10第四问中的第二小题114-2-1题目的分析114-2-2题目的代码114-2-

2、3 运行的结果124-2-4 系统校正124-2-4-1 超前校正124-2-4-2 滞后校正13三、附录16第一问16第二问17K>017K<017第三问18第四问19第一题19未校正的单位阶跃响应图19未校正前的BODE 图19超前校正19滞后校正21第二题21未校正的单位阶跃响应图22可得未校正前的BODE 图22超前校正22滞后校正23滞后超前校正24四、 总结26五、参考文献26 课程设计（综合实验）报告一、课设的任务与要求I、课设的题目与问题题目：已知单位负反馈系统被控制对象的开环传递函数问题：1. 分析系统单位阶跃响应的时域性能指标2. 当时，绘制系统的根轨迹，分析系

3、统的稳定性3. 对系统进行频域分析，绘制其Nyquist图及Bode图，确定闭环系统的稳定性4. 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：4.1设计串联校正满足下列性能指标（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。4.2设计串联校正满足下列性能指标（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）系统校正后，幅值穿越频率。II课设的范化要求单位阶跃响应时域指标的分析：绘制系统的单位阶跃响应曲线，利用曲线计算系统单位阶跃响应的时域性能指标，包括上升时间，峰值时间，调节时间，超调，振荡次数根据Matl

4、ab相关命令绘制系统的根轨迹，通过根轨迹分析系统的稳定性根据Matlab相关命令绘制系统的Nyquist图和Bode图，由图分析系统的稳定性及稳定裕度按如下步骤，利用频率域串联校正方法对系统进行的串联校正设计：（1）根据要求的稳态品质指标，求系统的开环增益值；（2）根据求得的值，画出校正前系统的Bode图，并计算出幅值穿越频率、相位裕量(要求利用MATLAB软件编程进行辅助设计),以检验性能指标是否满足要求。若不满足要求，则执行下一步；（3）画出串联校正结构图，分析并选择串联校正的类型（超前、滞后和滞后-超前校正）。（若可以采用多种方法，分别设计并进行比较）（4）确定校正装置传递函数的参数；（

5、5）画出校正后的系统的Bode图，并校验系统性能指标(要求利用MATLAB软件编程进行辅助设计)。若不满足，跳到第（4）步。否则进行下一步。（6）提出校正的实现方式及其参数。（要求实验实现校正前、后系统并得到的校正前后系统的阶跃响应）（7）若采用不同串联校正方法进行设计，比较不同串联校正方法的特点。（稳定性、稳态性能、动态性能和实现的方便性的比较）二、设计正文I、第一问1-1 题目的处理设K = 10 时K* = 100GK = 100/s(s+1)G = 100/s2+10s+1001-2 题目的代码在MATLAB 中运行以下代码：GK = tf(100,1 10 0);G = tf(100

6、,1 10 100);step(G)Wn = 10;Kexi = 10/(2*Wn);Beta = acos(Kexi);Wd = Wn*sqrt(1-Kexi2);Tr = (pi-Beta)/Wd;Tp = pi/Wd;Ts = 4.4/(Kexi*Wn);Ct = exp(-pi*Kexi/sqrt(1-Kexi2)*100;1-3 运行的的结果Transfer functionG : 100-s2 + 10 s + 100Wn = 10Kexi = 0.5000Beta = 1.0472Wd = 8.6603Tr = 0.2418Tp = 0.3628Ts = 0.8800Ct = 1

7、6.30341-4 比较以上数据与图中数据相吻合II 、第二问2-1 题目的处理GK = K*- s2 + 10 s 分K* > 0 和K* < 0 两项2-2 题目的代码在MATLAB 中运行以下代码：当K* > 0 时；num = 1;den = 1 10 0;rlocus(num,den);K p = rlocfind (num,den)title(ROOT LOCUS);K* < 0 时num = -1;den = 1 10 0;rlocus(num,den);K* p = rlocfind (num,den)；2-3 运行的结果K* = 72.8796 即 K

8、 = 7.28396p = -14.8934 4.8934K>0K<02-4 结论由图可看出K* > 0 即K > 0可满足系统稳定；由图可看出 K* < 0 即 K <0 时 ，系统不稳定 III、第三问3-1 题目的处理由以上可知 K > 0 时 ,系统都稳定故设 K = 10 , K* = 100;则 GK = 100/s(s+10);3-2 题目的代码在 MATLAB 中代码为：num = 100;den = 1 10 0;mag phase w=bode(num,den)margin(mag,phase, w)nyquist(num,den)

9、grid3-3 运行的结果3-4 结论根据nyquist 稳定判据，R=0，P=0，Z=0 可知系统稳定IV、第四问第四问中的第一小题4-1-1题目的分析由单位斜坡信号作用下< =0.01 得出 K = 100 GK = 100/s(0.1s+1);先做出未校正前的相关图形；4-1-2题目的代码Gk = tf(100,0.1 1 0);G = feedback(Gk,1);step(G)num1 = 100;den1 = 0.1 1 0;figure(1);mag1,phase1,w = bode(num1,den1);margin(mag1,phase1, w)4-1-3运行结果看图可

10、知不满足相位裕度 > 45（图见附录）4-1-4 系统的校正4-1-4-1 超前校正4-1-4-1-1 问题的计算由计算可得 T = 0.04s a = 3.36 ;Gc = (0.s+1)/(0.04s+1);结构图原理图4-1-4-1-2 题目的代码代码 ；Gk = tf (num0,den0);G = feedback(Gk,1);step(G)代码； num2 = 0.031 1;den2 = 0.062 1;num0 = conv (num2,num1);den0 = conv (den2,den1);mag0,phase0,w = bode(num0,den0);figure

11、;margin(mag0,phase0, w)4-1-4-1-3 运行的结果（图见附录）4-1-4-2 滞后校正4-1-4-2-1问题的计算计算可得 T = 11.87 b = 0.104 ;Gc = (1+1.23s)/(1+11.87s)结构图原理图4-1-4-2-2问题的代码figurenum3 = 1.23 1;den3 = 11.87 1;num4 = conv (num3,num1);den4 = conv (den3,den1);mag4,phase4,w = bode(num4,den4);margin(mag4,phase4,w);由代码Gk = tf (num4,den4)

12、;G = feedback(Gk,1);step(G)4-1-4-2-3运行的结果（图见附录）第四问中的第二小题4-2-1题目的分析由题 在单位斜坡信号作用下，系统的稳态误差 <= 0.005 得出 K = 200;GK = 200/s(0.1s+1);先做出未校正前的相关图形；4-2-2题目的代码由代码Gk = tf(200,0.1 1 0);G = feedback(Gk,1);step(G)由代码num1 = 200;den1 = 0.1 1 0;mag1,phase1,w = bode(num1,den1);margin(mag1,phase1,w)4-2-3 运行的结果（图见附

13、录）4-2-4 系统校正4-2-4-1 超前校正4-2-4-1-1 题目的计算由计算 可得 T = 0.016s a = 1.63;Gc = (1+0.026s)/(1+0.016s);结构图原理图4-2-4-1-2 题目的代码由代码 num2 = 0.026 1;den2 = 0.016 1;num0 = conv (num2,num1);den0 = conv (den2,den1);mag0,phase0,w = bode(num0,den0);figure;margin(mag0,phase0,w);由代码Gk = tf (num0,den0);G = feedback(Gk,1);s

14、tep(G)4-2-4-1-3 运行的结果（见附录）4-2-4-2 滞后校正4-2-4-2-1 问题的分析计算可得 T = 23.52 b = 0.052 ;Gc = (1+1.22s)/(1+23.52s)结构图原理图4-2-4-2-2 问题的代码由代码Figurenum3 = 1.22 1;den3 = 23.52 1;num4 = conv (num3,num1);den4 = conv (den3,den1);mag4,phase4,w = bode(num4,den4);margin(mag4,phase4,w);由代码 Gk = tf (num4,den4);G = feedbac

15、k(Gk,1);step(G)4-2-4-2-3 运行的结果（见附录）4-2-4-3 滞后超前校正4-2-4-3-1 问题的分析计算可得 Tb = 0.1 = 50 a = 40 = 0.51 rad/sGc = (1+1.28s)(1+0.1s) / (1+5.02s)(1+0.03s) ;结构图原理图4-2-4-3-2 问题的代码由代码 num5 =conv(20 1,0.1 1) ;den5 = conv(78.4 1,0.0025 1);num6 = conv (num5,num1);den6 = conv (den5,den1);mag6,phase6,w = bode(num6,d

16、en6);figuremargin(mag6,phase6,w);由代码Gk = tf (num6,den6);G = feedback(Gk,1);step(G)4-2-4-3-3 运行的结果（见附录）三、附录第一问在MATLAB 中运行以下代码：GK = tf(100,1 10 0);G = tf(100,1 10 100);step(G)Wn = 10;Kexi = 10/(2*Wn);Beta = acos(Kexi);Wd = Wn*sqrt(1-Kexi2);Tr = (pi-Beta)/Wd;Tp = pi/Wd;Ts = 4.4/(Kexi*Wn);Ct = exp(-pi*Kexi/sqrt(1-Kexi2)*100;第二问K>0K<0第三问