自动控制理论课程设计报告

1、自动控制理论课程设计报告 班 级： 姓 名： 学 号： 指导老师 ： 2014年6月27日一题目048某单位反馈控制系统中被控对象传递函数为，给定矩形稳态误差禁区高度，检查点频率为。同时要求相位裕量不小于，试设计串联校正环节。二.原系统分析编程绘制其单位阶跃响应曲线，伯德图，根轨迹，奈氏图如下，并计算出有关参数。编程绘制校正装置。并绘制校正后的单位阶跃响应曲线，伯德图，根轨迹，奈氏图。2.1原系统的单位阶跃响应图1）程序如下程序：clearclcnum0=80; den0=conv(1 0,conv(0.2 1,0.5 1);G0=tf(num0,den0);y,t=step(feedback

2、(G0,1); figure(1)plot(t,y,'Linewidth',1.5)grid ontitle('校正前的系统单位阶跃响应')dispoutput(t,y,G0);dispoutput函数用来显示系统的动态性能指标，输入值为时间序列t，相应值y，以及系统的开环传递函数G0。function dispoutput(t,y,G0)Y,k=max(y); tp=fix(t(k)*100)/100; disp('峰值时间tp =' num2str(tp) 's'); C=dcgain(feedback(G0,1); M=fi

3、x(1000*(Y-C)/C)/10;disp('超调量=' num2str(M) '%'); n=1;while y(n)<0.1*C n=n+1; endm=k;while y(n)>0.9*C m=m-1; endrisetime=fix(100*(t(m)-t(n)/100; disp('上升时间 tr =' num2str(risetime) 's'); i=length(t); while (y(i)>0.98*C)&(y(i)<1.02*C) i=i-1; end Settingtim

4、e=fix(100*t(i)/100; disp('调节时间 ts =' num2str(Settingtime) 's'); F,h=findpeaks(y);rate=fix(100*(F(1)-C)/(F(2)-C)/100; disp('衰减比 =' num2str(rate) '%') end2）运行结果如下： G0 = 80 - 0.1 s3 + 0.7 s2 + sContinuous-time transfer function.峰值时间tp =23.67s超调量 =6.404157442777027e+26%上升

5、时间tr =23.57s调节时间ts =23.8s衰减比 =0.14%3）绘出原系统的单位阶跃响应如图1所示：图1 由单位阶跃响应曲线的发散性知，原系统不稳定。2.2原系统的Bode图2.2.1原系统的开环Bode图1）应用Matlab绘制出开环系统Bode图，程序如下：num0=80; den0=conv(1 0,conv(0.2 1,0.5 1);G0=tf(num0,den0);figure(2)margin(G0); grid on2） 原系统开环Bode图如图2：图2由Bode图可知，增益裕量=-21.2<1，相角裕量=-47.5<0，原系统不稳定。幅值剪切频率Wcg=3

6、.16，相位剪切频率Wcp=8.78。由Bode图确定原系统谐振峰值、带宽 1）程序如下：num0=80; den0=conv(1 0,conv(0.2 1,0.5 1);G0=tf(num0,den0);m,p,w=bode(G0);Mr=max(m); wr=spline(m,w,Mr); disp('谐振峰值Mr =' num2str(Mr);disp('系统带宽wr =' num2str(wr); 2）运行结果如下：谐振峰值Mr =798.8421系统带宽wr =0.12.2.2原系统的闭环Bode图1）应用Matlab绘制出闭环系统Bode图，程序如下

7、：num0=80; den0=conv(1 0,conv(0.2 1,0.5 1);G0=tf(num0,den0);figure(3)margin(feedback(G0,1); grid on运行结果如下：Gm = InfPm = -101Wcg = NaNWcp = 9.582）原系统闭环Bode图如图3：图3由Bode图可知，增益裕量=，相角裕量=-101，幅值剪切频率Wcg不存在，相位剪切频率Wcp=9.58。2.3原系统的根轨迹1）应用Matlab绘制出开环系统的根轨迹，程序如下：num0=80; den0=conv(1 0,conv(0.2 1,0.5 1);G0=tf(num0

8、,den0)figure(4)rlocus(feedback(G0,1); grid on 2）运行结果如下：G0 = 80 - 0.1 s3 + 0.7 s2 + s Continuous-time transfer function.3）原系统的闭环根轨迹如图4：图42.4 原系统的奈氏图应用Matlab绘制出开环系统的根轨迹，程序如下：num0=80; den0=conv(1 0,conv(0.2 1,0.5 1); G0=tf(num0,den0);figure(5)nyquist(G0); grid on 乃氏图如下（图5）图5三.校正装置的设计3.1 校正装置参数的确定原系统的相角

9、裕度为-47.5，由于单次校正提供的的相角裕度不超过60°，所以采用两次校正来实现该控制系统的校正，串联超前环节校正装置的传递函数：，滞后装置的传递函数为。称为分度系数，T称为时间。3.2 串联校正设计过程1）Matlab程序如下：子程序：clearclcnum0=80; den0=conv(1 0,conv(0.2 1,0.5 1);G0=tf(num0,den0)margin(G0); % 原系统的相角裕度为-47.5¡pha=60*pi/180; %超前校正单次提供的超前相位为60¡ãa=(1+sin(pha)/(1-sin(pha);M1=1/s

10、qrt(a);mag,phase,w=bode(G0);Wc=spline(mag,w,M1);T=1/(Wc*sqrt(a);Tf=a*T;Gc1=tf(Tf 1,T 1) %超前网络G1=Gc1*G0pha=-180+34+6; %滞后网络参数求取mag,phase,w=bode(G1);Wc=spline(phase,w,pha);M1=spline(phase,mag,pha);b=1/M1;T=10/(b*Wc);Gc2=tf(b*T 1,T 1); G=G1*Gc2;2）运行结果：Gc1 = 0.2657 s + 1 - 0.01908 s + 1 Continuous-time

11、transfer function.Gc2 = 3.587 s + 1 - 65.14 s + 1 Continuous-time transfer function.G = 76.25 s2 + 308.2 s + 80 - 0.1243 s5 + 7.386 s4 + 46.95 s3 + 65.86 s2 + s Continuous-time transfer function.3）因此校正后系统：相角裕量=34.5>30 ，增益裕量=22.8>1 所以校正后系统稳定，满足要求 即4)原系统和校正后系统的单位阶跃响应曲线如下（图6）（红色虚线为校正前，蓝色实线为校正后）图6

12、原系统和校正后系统的bode图如下（图7）（蓝色实线为校正前，绿色实线为校正后）图7四校正后系统分析4.1 校正后系统的单位阶跃响应曲线校正后系统的开环传递函数为：校正后系统闭环传递函数为： 2校正后系统的单位阶跃响应 1）应用Matlab绘制出闭环系统单位阶跃响应曲线，程序如下：clearclcnum0=80; den0=conv(1 0,conv(0.2 1,0.5 1);G0=tf(num0,den0)Gc=tf(conv(0.2657 1,3.587 1),conv(0.01908 1,65.14 1);G=G0*Gcy,t=step(feedback(G,1);figure(4)pl

13、ot(t,y)grid ondispoutput(t,y,G)运行结果如下：G = 76.25 s2 + 308.2 s + 80 - 0.1243 s5 + 7.386 s4 + 46.95 s3 + 65.86 s2 + s Continuous-time transfer function.峰值时间tp =1.06s超调量 =40.1%上升时间tr =0.89s调节时间ts =3.88s衰减比 =6.91%单位阶跃响应如下图（图8）：图8根据结果得校正后系统的超调量=40.1，上升时间=0.89，峰值时间，调节时间=3.88。由校正后的单位阶跃响应曲线知，系统稳定。4.2 校正后系统的B

14、ode图4.2.1校正后系统的开环Bode图1）程序如下：clearclcnum0=80; den0=conv(1 0,conv(0.2 1,0.5 1);G0=tf(num0,den0)Gc=tf(conv(0.2657 1,3.587 1),conv(0.01908 1,65.14 1);G=G0*Gcfigure(5)margin(G)grid on2）校正后系统开环Bode如图9：图93）由Bode图确定原系统谐振峰值、带宽 （1）程序如下：num0=80; den0=conv(1 0,conv(0.2 1,0.5 1); G0=tf(num0,den0);Gc=tf(conv(0.2

15、657 1,3.587 1),conv(0.01908 1,65.14 1);G=G0*Gcm,p,w=bode(G);Mr=max(m); wr=spline(m,w,Mr); disp('谐振峰值Mr =' num2str(Mr);disp('系统带宽wr =' num2str(wr);（2）运行结果如下：谐振峰值Mr =799983.0782系统带宽wr =0.00013）所以校正后系统的谐振峰值=799983，带宽=0.0001 4.2.2校正后系统的闭环Bode图1）程序如下：clearclcnum0=80; den0=conv(1 0,conv(0.

16、2 1,0.5 1);G0=tf(num0,den0)Gc=tf(conv(0.2657 1,3.587 1),conv(0.01908 1,65.14 1);G=G0*Gcfigure(6)margin(feedback(G,1)grid on2）校正后系统闭环Bode如图10：图104.3 校正后系统的Nyquist曲线应用Matlab绘制出开环系统的奈奎斯特曲线，程序如下：clearclcnum0=80; den0=conv(1 0,conv(0.2 1,0.5 1);G0=tf(num0,den0)Gc=tf(conv(0.2657 1,3.587 1),conv(0.01908 1,

17、65.14 1);G=G0*Gcfigure(7)nyquist(G)校正后的nyquist图（图11）图11由校正后的nyquist图知，校正后系统稳定4.4 校正后系统的根轨迹1）程序如下：clearclcnum0=80; den0=conv(1 0,conv(0.2 1,0.5 1);G0=tf(num0,den0)Gc=tf(conv(0.2657 1,3.587 1),conv(0.01908 1,65.14 1);G=G0*Gcfigure(8)rlocus(feedback(G,1)2）运行结果如下：几校正后系统的闭环根轨迹如图12：图12五总结这次课程设计让我基本学会使用Mat

18、lab软件，让我对串联校正环节有了更清晰的认识。可以编一些简单的程序来绘制传递函数的单位阶跃响应曲线，伯德图，根轨迹，奈氏图，熟悉MATLAB在经典控制系统分析中常用命令，进行控制系统地分析。通过查阅大量的资料让我对自动控制理论这门课有了更深的认识。 教师见习报告总结期待已久的见习已经结束了，在龙岩三中高中部见习听课，虽然只是短短的两个星期，但感触还是蛮深的，以前作为一名学生坐在课室听课，和现在作为一名准教师坐在课室听课是完全不同的感受，感觉自己学到了一些在平时课堂上学不到的东西。在这里，我获得的不仅是经验上的收获，更多是教学管理，课堂教学等的理念，以及他们带给我的种种思考。教育见习实践过程：

19、听课。教育见习的主要目的是让学生在指导教师的引导下，观摩教师上课方法、技巧等。听课是教育见习的主要内容。我院规定在一周的见习中需完成至少6课的见习任务。我在教师的安排指导下，分别对高一、高二物理专业课型为主，其他课型齐头的方式，积极主动的完成了听课任务，收到良好的效果。我听的第一节课是高二（8）班，这是一个平衡班，水平不如实验班高。在上课前。科任老师已经跟我说了这个班的纪律是比较差的，而且成绩也不是很好。在我听课期间，确实有几个学生在课堂上说话，但是我发现了一个有趣的现象，这个现象我在往后的几个班都发现了，就是绝大部分的学生的学习热情都好高涨，积极举手发言，积极参与课堂活动。我跟老师们提起这个

20、现象的时候，科任老师就跟我说，一个班里不可能所有的学生都能全神贯注地听完一节课，所以作为一名教师，应该想办法吸引学生的注意力，调动的积极性，比如可以以小组为单位，以抢答计分的形式调动学生的积极性，这样课堂气氛就会活跃起来了。在为期两周的见习工作中，我真的有很大的感触，我第一次感受到自己已经从一名学生向一名教师靠近，走在校园里，每当有学生叫我一声老师，我在感到无比自豪的同时，还感受到了自己的责任。见习工作结束了，我要回到学校继续我的学习了，但是我会好好记住我从*中学学到的一切，并应用于我的专业学习中去。一、教学管理理念 在龙岩三中，从领导阶层到一位普通的科任老师，都秉承以学生为主体的宗

21、旨进行学校的管理，进行教学工作的开展。作为一个课程改革的示范学校，一个教育实验基地。这所学校鼓励着老师做各种研究，各种改革。每个班主任都有着自己的管理经验与管理宗旨。有了这种思想的自由，自然这里也就充满着探索与尝试，从而有所创造与进步。在我见习的班集体中，班主任对他的学生说：“我要让你们成为学习型的管理者，也是管理型的学习者。”这样一句简单的话，让我感到这里老师进行班级管理的良苦用心。他们关心的不只是学生的学习，更多的是从一个完整的人的概念出发，去培养学生多方面的素质。二、教学理念 在见习期间，借着录课的机会，我听了很多的市级，校级的公开棵，还有理科实验班的课。在这些课堂上，让我看到

22、教学改革正在悄然进行，有意识的老师正在努力体会“以学生为主体”的课堂模式。学生的创造也逐步成为教师追求的教学效果。其次，这里的老师也都在适应着多媒体教学，信息化教学，使得课堂更加生动，资源更加丰富，学生获取学习资源的渠道也就更多。尽管，这种教学理念、教学模式的推广仍然有很长的路，但似乎也并不遥远，相信，这股改革的浪潮会给教育领域带来很大的冲击。 三、实际工作经验 在上面，是我在这所学校感受最深刻，也是认为最有意义的收获。实际工作经验上，由于在指导老师的指导下，也获取了许多。 在班主任工作上，我认识到了一个老师的表率作用是很大的，学生时刻看老师，作为一个老师，应该从自己严格要求，并影响感染学生。这就要求师生之间的相互交流必须是贴心的，也是带有希望的。见习期间，班主任老师教给了我许多的班级管理经验。我想这些经验是宝贵的，更为宝贵的是老师的主动精神。在他的言谈中，看出一个老师对于班级管理的深度认识。所以我想：一个好的班主任不应只是从学习上给学生帮助，而是从一种“