自控课程设计zsl

1、二一四二一五学年第 一 学期信息科学与工程学院课程设计报告书课程名称： 自动控制原理课程设计 班 级： 自动化2012级1201班 学 号： 201204134015 姓 名： 张思伦 指导教师： 柴利 2015 年 1 月 02目录1、 课程设计目的2、 课程设计内容及要求3、 课程设计分析和方案4、 具体设计实施5、 设计总结与心得六、参考文献一、课程设计目的： 综合运用本课程的理论知识进行控制系统分析及设计，利用MATLAB作为编程工具进行计算机实现，复习与巩固课堂所学的理论知识，提高了对所学知识的综合应用能力，并从实践上初步了解控制系统的分析设计理论与过程。二、课程设计内容及要求：题目

2、1(必做)：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。任务一：用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计，使闭环系统同时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）系统校正后，幅值穿越频率。任务二：若采用数字控制器来实现任务一设计的控制器，给出数字控制器的差分方程表示或离线传递函数（Z变换）表示。仿真验证采用数字控制器后闭环系统的性能，试通过仿真确定满足任务一指标的最大的采样周期T. （注：T结果不唯一）。题目2 （选作）：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

3、法对系统进行串联校正设计。任务要求：设计PID控制器，使闭环系统同时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。用matalab或者SIMULINK演示所得结果，估计动态误差并在满足(1)-(2)要求下调整PID控制器使得J较小。3、 课程设计的分析和方案 校正装置根据其在系统中的位置划分，有串联校正和反馈校正，其中串联校正装置设计比较简单，也容易实现，更应用广泛，故本次设计采用串联校正。 在频率法串联校正中，有超前校正，滞后校正，超前滞后校正，根据超强校正能够改善系统的暂态性，在此，选用超前校正来设计本次实验。四、具体设计实施 任务（一

4、）： 由校正后的条件（1），得出以下： r时，R（s）=1/s，于是E(s）=G(s)/1+G(s)H(s),其中G(s）=1，H(s）=Gk（s）当s0时sE(s）R(s）0.005, 得出K200，在这里取K=200。由此得出未校正系统的伯德曲线如下：未校正前的剪切频率w1=44.7213于是未校正系统的相角裕度为：18090arctanw1=1.281为了满足引入串联超前校正网络，取需要的相角超前量=0+取=17，得出=60.719即=（1-sinm）/(1+sinm),其中m=60.719，=0.0682在校正后剪切频率处，校正网络的增益为：10lg（1/）dB=11.662dB，由l

5、gw2/w1=1/4lg（1/）,w1=44.7213所以，校正后的剪切频率为：w2=87.512=Wm,符合于是，校正网络的俩个交接频率分别为：w1=Wm=22.8538,w2=Wm/=335.1。为了补偿超前校正网络衰减的开环增益，放大倍数需要再提高1/=14.663倍。经超前校正，系统的开环传递函数为：G(s）=Gc（s）Go（s）=200（s/22.8538+1)/s(0.1s+1)(s/335.1+1)相角稳定裕度为：=18090+arctan（87.512/22.8538)arctan87.512arctan（87.512/335.1）=61.373符合。校正后的伯德图如下：其程序

6、代码如下：任务二：根据任务一，先求出输入信号和开环传递函数的Z变换：R(Z)=Tz/(z-1)2Gk(Z)=Kz/(z-1)-z/(z-exp(-10*T)单位斜坡输入时的稳态误差：Ess=T/lim(z-1)G(z) z1Kv=lim(z-1)G(z) z1 Ess=T/Kv由任务一中的Ess0.005和取的K=200条件得出， T0.01s先测试出校正后的仿真图如下：最大采样周期的测试：（1）取T=0.01s，得出的仿真图如下：符合要求。（2）取T=0.001s得出的仿真图如下：符合（3） 取T=0.005s仿真图如下：符合（4)取T=0.007s仿真图如下：符合（5）取T=0.0085s

7、仿真图如下：测试总结和分析：以上5次测试，得出：（1）随着采样时间T的增大，超调量逐渐增大，而调节时间逐渐减小。（2）另外从0.001s0.01s的采样周期均满足任务一中的指标，又因为要满足T0.01s,所以最大采样周期为0.01s5、 设计总结与心得在本次设计中，设计题目十分具有思考性，首先需要自己思考和分析的地方是，如该选择什么校正方案，各种校正方案的优缺点分析。再进一步确定了设计方案后，在任务一中还留有一定的裕度角让我们自己选择，不同的裕度角所得出的最后的校正系统不一定满足全部的三个设计要求，这次自己选择是17的裕度角，一次就设计出了满足条件的系统。同时，自己在下面也取了其他几个裕度角，发现有的能全部满足要求，有的则会有一俩点不符合设计出系统的要求。任务二中自己所测试的采样周期T值，经过仿真后，发现都是满足的，这让我比较意外，初步分析是自己在任务一种取的裕度角而造成了这样。题目二中的设计PID由于书本上的介绍内容比较少，设计具有一定的难度，自己还在学习和尝试设计中。总之，本次设计老师出的设计题目让我的