《自动控制理论》课程设计-基于自动控制理论的性能分析与校正

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1、科技学院课程设计报告(2011--2012年度第1学期)名称：《自动控制理论》课程设计题目：基于自动控制理论的性能分析与校正院系：动力工程系班级：自动化09K1学号：学生姓名：指导教师：设计周数：1周成绩：日期：2012年1月6日一、课程设计的目的与要求本课程为《自动控制理论A》的课程设计，是课堂的深化。设置《自动控制理论A》课程设计的目的是使MATLAB成为学生的基本技能，熟悉MATLAB这一解决具体工程问题的标准软件，能熟练地应用MATLAB软件解决控制理论中的复杂和工程实际问题，并给以后的模糊控制理论、最优控制理论和多变量控制理论等奠定基础

2、。作为自动化专业的学生很有必要学会应用这一强大的工具，并掌握利用MATLAB对控制理论内容进行分析和研究的技能，以达到加深对课堂上所讲内容理解的目的。通过使用这一软件工具把学生从繁琐枯燥的计算负担中解脱出来，而把更多的精力用到思考本质问题和研究解决实际生产问题上去。通过此次计算机辅助设计，学生应达到以下的基本要求：1.能用MATLAB软件分析复杂和实际的控制系统。2.能用MATLAB软件设计控制系统以满足具体的性能指标要求。3.能灵活应用MATLAB的CONTROLSYSTEM工具箱和SIMULINK仿真软件，分析系统的性能。二、主要内容1．前期

3、基础知识，主要包括MATLAB系统要素，MATLAB语言的变量与语句，MATLAB的矩阵和矩阵元素，数值输入与输出格式，MATLAB系统工作空间信息，以及MATLAB的在线帮助功能等。2．控制系统模型，主要包括模型建立、模型变换、模型简化，Laplace变换等等。3．控制系统的时域分析，主要包括系统的各种响应、性能指标的获取、零极点对系统性能的影响、高阶系统的近似研究，控制系统的稳定性分析，控制系统的稳态误差的求取。4．控制系统的根轨迹分析，主要包括多回路系统的根轨迹、零度根轨迹、纯迟延系统根轨迹和控制系统的根轨迹分析。5．控制系统的频域分析，主

4、要包括系统Bode图、Nyquist图、稳定性判据和系统的频域响应。6．控制系统的校正，主要包括根轨迹法超前校正、频域法超前校正、频域法滞后校正以及校正前后的性能分析。三、进度计划序号设计内容完成时间备注1基础知识、数学模型2011年12月31日2时域分析法、频域分析、根轨迹分析2012年1月4日3系统校正2012年1月5日4整理打印课程设计报告，并答辩2012年1月6日四、设计成果要求上机用MATLAB编程解题，从教材或参考书中选题，控制系统模型、控制系统的时域分析法、控制系统的根轨迹分析法、控制系统的频域分析法每章选择两道题。第六章校正选四道

5、，其中根轨迹超前校正一道、根轨迹滞后校正一道、频域法超前校正一道、频域法滞后校正一道。并针对上机情况打印课程设计报告。课程设计报告包括题目、解题过程及程序清单和最后的运行结果（曲线），课程设计总结或结论以及参考文献。五、考核方式《自动控制理论课程设计》的成绩评定方法如下：根据1．打印的课程设计报告。2．独立工作能力及设计过程的表现。3．答辩时回答问题的情况。成绩评分为优、良、中、及格以及不及格5等。学生姓名：指导教师：2012年1月6日六、设计正文1、控制系统模型：（1）已知一并联系统，其中=，，求此并联系统的传递函数。程序：G1=tf([13]

6、,conv(conv([11],[11]),[12]));G2=tf([314],[5123]);G=G1+G2运行结果：Transferfunction:3s^5+13s^4+28s^3+54s^2+61s+17--------------------------------------------5s^5+32s^4+76s^3+82s^2+39s+6结论：G（s）=（2）求一系统的传递函数。已知其微分方程为：程序：>>num=[1925];den=[15105];G=tf(num,den)运行结果：Transferfunction:s^2+

7、9s+25----------------------s^3+5s^2+10s+5结论：2、控制系统的时域分析法：（1）已知单位负反馈系统的开环传递函数（S）=，求单位阶跃响应及性能指标。程序：num=[15];den=[131];[num1,den1]=cloop(num,den,-1);step(num1,den1)运行结果：结论：系统稳定。调节时间为3.5s。（2）已知特征方程，求根并判断稳定性。程序：d=[21531];r=roots(d)运行结果：r=0.0712+1.5416i0.0712-1.5416i-0.3212+0.3268i

8、-0.3212-0.3268i结论：系统不稳定，有2个特征根在右半平面上。3、控制系统的根轨迹分析法：（1）负反馈系统开环传递函数为Er