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自动控制原理课程设计.docx

发布时间：2022-06-09 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：1.16M 资料格式：docx 举报 版权申诉
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    自动控制课程设计 题目八 学 学 班 校：华东交通大学 院：电气与自动化工程学院 级：15 级自动化 2 班 设计者：谢文锐、蒋松 指导老师：黄江平 1
    摘要 在自动控制理论中，超前、滞后、超前-滞后校正是相当重要的一 环，对于系统的优化有很重要的意义。用 MATLAB 进行控制系统的 校正设计是对所学的自动控制原理的初步运用。本课程设计先针对校 正前系统的稳定性能，用 MATLAB 画出其根轨迹、奈氏图及伯德图 进行分析，是否达到系统的要求，然后对校正装置进行参数的计算和 选择，选取适当的超前、滞后或是超前-滞后校正装置。最后通过阶跃 响应曲线对比前后系统，论证校正后的系统是否达到要求，并计算校 正后系统的时域性能。 关键字：校正设置 MATLAB 伯德图 根轨迹 Simulink 仿真 2
    目录 一、设计题目及要求................................................................................... 4 1.1、设计任务...........................................................................................4 1.2、设计要求.......................................................................................... 4 1.3、课程设计主要仪器............................................................................... 4 二、设计原理及步骤................................................................................... 4 2.1、设计原理...........................................................................................4 2.2、校正前判断稳定性.......................................................................... 8 2.3、校正前判定系统的稳态误差.............................................................. 9 三、超前校正函数的求解及分析................................................................. 10 3.1、理论分析..............................................................................................10 3.2、参数计算.............................................................................................. 12 四、校正后系统分析.......................................................................................12 4.1、波特图.................................................................................................. 12 4.2、根轨迹图.............................................................................................. 13 4.3、奈氏图.................................................................................................. 14 4.4、阶跃响应图..........................................................................................15 五、校正后系统仿真图.................................................................................. 16 六、课程设计心得体会.................................................................................. 17 七、校正后系统电路图.................................................................................. 18 八、参考文献................................................................................................... 19 3
    单回路负反馈控制系统设计 一、设计题目与要求 1、设计任务 设单位反馈系统的开环传递函数为： )( sG  10 1.0)(1 s  )1 ( ss  要求设计校正环节 Gc（s），使系统对于阶跃输入的稳态误差为 0，使系统 校正后的相角裕量： ，幅值裕量： 045 kg 10 dB 。 2、设计要求 1）分析设计要求，说明校正的设计思路（超前校正，滞后校正或超前－ 滞后校正） 2） 根据所学控制理论知识（频率法或根轨迹法）进行人工设计校正装 置，初步设计出校正装置传递函数形式及参数。 3）利用 MATLAB 语言及 simulink 动态仿真工具，在计算机上对人工设 计系统进行仿真调试，使其满足技术要求，并绘制打印出仿真框图、频率 特性图（校正前系统的 Bode 图，校正装置的 Bode 图，校正后系统的 Bode 图）及动态响应图。 4）确定校正装置的电路形式及电路参数。 3、课程设计主要仪器设备 装有 MATLAB2014 软件的电脑一台、 二、设计原理及设计步骤 2.1、设计原理 基于 MATLAB 用频率法对系统进行串联校正设计，使其满足给定的频 域性能指标。要求程序执行的结果中有校正装置传递函数和校正后系统开 环传递函数，校正装置的参数γ等的值。 （1）串联滞后校正的原理 滞后校正是利用滞后网络的高频幅值衰减，使校正后系统的幅值穿越 频率减小，以使系统获得满意的相角裕度，改善系统动态性能。但是，由 于系统校正后的带宽减小，响应速度变慢。所以，当系统对响应速度要求 不高，而要求有较高的抑制高频噪声能力时，可以采用串联滞后校正。 （2）确定未矫正系统的幅值穿越频率 wc，穿越频率相角裕度和增益裕度。 MATLAB 程序求未校正系统如下： num=[10] den=conv([1,0],conv([1,1],[0.1,1])) 4
    %反馈 %幅角裕量、相角裕量、频率 G=tf(num,den) [z,p,k]=tf2zp(num,den) Gc=feedback(G,1) figure(1) [mag,phase,w]=bode(G) margin(mag,phase,w) figure(2) nyquist(Gc) figure(3) rlocus(G) figure(4) step(Gc) 程序运行后，可得未经校正系统的波特图及其各项性能指标如下： 图 1—1 未校正前的波特图 根据以上校正前系统的波特图，频域性能指标如下： 幅值穿越频率 wc=3rad/s 相位裕度γ=1.23° （3）用 MATLAB 画出根轨迹图 增益裕度 kg=20lgA（w） 相角穿越频率 wg=3.16rad/s 5
    图 1-2 校正前的根轨迹图 （4）用 MATLAB 画出奈氏图 6
    图 1-3 校正前奈氏图 （5）校正前阶跃响应图 7
    图 1-4 校正前阶跃响应图 （6）校正前仿真图 Simulink 是可以用于连续、离散以及混合的线性、非线性控制系 统建模、仿真和分析的软件包，并为用户提供了用方框图进行图形建 模的图形接口，很适用于控制系统的仿真。 仿真后得到的结果如图 1-5 和图 1-6 所示。 图 1-5 校正前系统仿真图 图 1-6 校正前系统的仿真图 由此可以看出相位裕度、幅值裕度都不满足题目要求，故需要校 正。 2.2、利用 MATLAB 函数求出校正前的系统特征根，并判断其稳定性。 校正前的开环传递函数为：()= 故该系统的闭环特征方程为：0.13+1.12++10=0 10 0.13+1.12+ 8
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