自动控制系统课程设计

PAGE8自动控制系统课程设计课题名称单位负反馈系统的校正设计专业班级学号姓名所在院系电子工程学院完成日期11月25日目录TOC\o"1-2"\u一、设计目的 3二、设计任务与要求 32.1设计任务 32.2设计要求 3三、设计方法步骤及设计校正构图 33.1校正前系统分析 33.2校正方法 53.3校正装置 63.4校正后系统分析 8四、课程设计小结与体会 11五、参考文献 11一、设计目的掌握控制系统的设计与校正方法、步骤。掌握对系统相角裕度、稳态误差和穿越频率以及动态特性分析。掌握利用MATLAB对控制理论内容进行分析和研究的技能。提高分析问题解决问题的能力。二、设计任务与要求2.1设计任务设单位负反馈系统的开环传递函数为：用相应的频率域校正方法对系统进行校正设计，使系统满足如下动态和静态 性能：相角裕度；在单位斜坡输入下的稳态误差为2.2设计要求分析设计要求，说明校正的设计思路（超前校正，滞后校正或滞后－超前校正；详细设计（包括的图形有：校正结构图，校正前系统的Bode图，校正装置的Bode图，校正后系统的Bode图）；用MATLAB编程代码及运行结果（包括图形、运算结果）；校正前后系统的单位阶跃响应图。三、设计方法步骤及设计校正构图3.1校正前系统分析校正前系统的开环传递函数为：校正要求:校正前结构图:单位阶跃响应分析在MATLAB中编写如下程序：由上图可以看出，系统在阶跃输入下还是可以稳定输出的，但是开始时振荡比较大，超调量也比较大，系统的动态性能不佳。利用MATLAB绘画未校正系统的bode图在MATLAB中编写如下程序：校正前bode图由上图可知，相角欲度，截止频率，幅值欲度为无穷大。显然，此时系统的相角裕度不符合要求，故该系统需要校正。由于校正前系统已有一定的相角欲度，因此可以考虑引入串联超前校正装置以满足相角欲度的要求。3.2校正方法根据系统的性能，决定采用串联超前校正。用频域法设计超前网络的步骤如下：根据要求，确定开环增益K。利用已确定的开环增益，计算待校正系统的相角裕度。根据截止频率的要求，计算和T，令，以保证系统的响应速度，并充分利用网络的相角超前特性。显然，成立的条件是： 根据上式不难求出值，然后由ω=1/T确定T。验算已校正系统的相角裕度。由求得，再由已知的算出待校正系统在时的相角欲度。 最后，按下式算出 如果验算结果不满足指标要求，要重选，一般使增大，然后重复以上步骤。3.3校正装置（1）求校正装置的参数。为了达到相角裕量要求，需要增加的超前相角为：校正后的幅频特性：则校正装置传递函数：校正装置结构图如下：利用MATLAB绘画校正装置的bode图校正装置Bode图如下：校正装置Bode图3.4校正后系统分析经超前校正后，系统开环传递函数为：校正后结构图：利用MATLAB绘画系统校正后的bode图在MATLAB中编写如下程序：校正后系统的bode图：由上图可知，相角裕度，截止频率。幅值欲度为无穷大，各项指标均 满足设计要求。利用MATLAB绘画系统校正前后的单位阶跃响应图程序：系统校正前后的单位阶跃响应对比图。在MATLAB中编写如下程序：G1=tf([15],[110]);G2=feedback(G1,1);t=0:0.01:5;G3=tf([5.715],[0.081.0810]); G4=feedback(G3,1); y1=step(G2,t); y2=step(G4,t); plot(t,y1,'--',t,y2);grid xlabel('t');ylabel('c(t)');title('校正前后单位阶跃响应对比图');