文华学院 电气专业 自控课程设计报告

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1、课程设计报告自动控制理论专业班级：电气工程及其自动化4班姓名：学号：时间：2011年12月31日11目录一、课程设计标题……………………………………3二、课程设计内容……………………………………3三、课程设计思路及步骤……………………………41.加校正装置前系统的各项性能指标………42.加校正装置后系统的各项性能指标………7四、心得体会…………………………………………10五、参考文献…………………………………………1111一、课程设计标题：线性控制系统的设计与校正二、课程设计内容：在前面做过的二阶系统动态、稳态性能研究实验中，我们看到一个控制系统的动态性能、稳定性和稳态性能指

2、标通常是矛盾的，增大系统的开环增益可以降低稳态误差，但是也会减小阻尼比，使系统的超调量和振荡加强。同样，增加开环积分环节可以提高系统型别，使输出跟踪输入的能力加强，消除某种输入信号时系统产生的误差，但是却有可能导致系统动态性能恶化，甚至不稳定。为了使控制系统同时具有满意的动态、稳态性能，就需要加入一些环节，以消除系统的某些缺陷，使之具有满意的性能。这些加入的环节称为校正环节或校正装置，通常由一些元件或电路组成。本次课程设计的主要任务是学习如何设计一个满意的控制系统校正装置，具体内容如下：1、拟定一个线性控制系统，确定传递函数和模拟电路，并在自动控制原理实验箱上搭建实际电路，输

3、入阶跃信号（用适当周期的方波信号模拟），测量系统各项动态、稳态性能指标；2、根据工程控制的一般要求提出控制系统的性能指标要求，选择合适的方法设计校正装置，并采用Matlab软件进行仿真。然后在实验装置上搭建校正后的系统电路，再次测量阶跃输入下的动态、稳态性能指标，与校正前的系统进行比较；3、改变校正装置的相关参数，使系统的性能指标均满足要求，最后根据实验过程撰写课程设计报告。11三、课程设计思路及步骤：采用时域校正法来实现，具体步骤如下：自行拟定一个线性控制系统，并确定其开环传递函数为：设计性能指标要求：斜坡输入下的稳态误差速度输入误差常数阶跃响应超调量调节时间1s由开环传递

4、函数知：本系统是‘1’型系统，故在未加校正时，系统在阶跃响应下的稳态误差为=根据要求有：则K取K=20校正前系统的方框图和模拟电路分别如图1和图2所示图1校正前二阶闭环系统方框图图2校正前二阶闭环系统模拟图11校正前系统的开环传递函数为：对应的闭环传递函数为：二阶系统传递函数标准形式为：由此可知校正前系统的各项指标为：超调量：=调节时间：==1.4s（5%误差带）阶跃响应稳态误差为0（1型系统）速度输入误差常数（对于斜坡响应）：11校正前系统的阶跃输入仿真结果如图3所示图3校正前系统阶跃响应曲线校正前系统的阶跃输入模拟电路所得结果如图4所示图4示波器显示阶跃响应曲线理论计算的

5、超调量=，在Matlab软件仿真图中，超调量=，与理论值比较接近。示波器显示的曲线也是如此。11加校正装置后系统的各项性能指标为：超调量：调节时间：设校正装置的传递函数为：则校正后系统的开环传递函数为：相应的闭环传递函数，取,则则所以校正装置的传递函数为：设校正装置模拟传递函数：11校正装置的模拟电路如图5所示：图5校正装置模拟图将上述两个传递函数进行对比并结合试验箱已有元器件可得：所以加校正装置后系统的方框图如图6所示：图6校正后系统方框图校正后系统的模拟电路图如图7所示：图7校正后系统模拟图11校正后系统的阶跃输入仿真结果如图8所示图8校正后系统阶跃响应曲线校正后系统的阶

6、跃输入模拟电路所得结果如图9所示图9示波器显示阶跃响应曲线设计要求系统的超调量，在Matlab软件仿真图中，超调量=，示波器显示的曲线也是如此，基本满足设计要求。11四、心得体会:每一个课程设计都是一个挑战！这次的课程设计也不例外。虽然我们以前学了一点MATLAB，不少课本上也有提到过MATLAB，但是我们还是不怎么熟练，通过这次自动控制原理课程让我更好地学会了如何去使用这个软件。自动控制原理的知识在课堂上掌握的也不是很好，所以这次课程设计对于我来说真是难度不小啊。在很多人眼中为期两周的课程设计或许是一种煎熬，这是可以理解的，在这两周当中，我们不仅要完成这个课程设计，而且还要

7、学习其他专业课。对于MATLAB的学习，我们先从以前教材中翻看相关的内容，因为这些书上讲的比较精简易懂，看完之后便对MATLAB有了更深地了解和懂得了一些简单编程，接下来我再去图书馆借相关的书籍进行借鉴和参考，当要用什么功能时，就在书上翻看相应部分的内容，这样MATLAB就应用起来了。对于自动控制原理的相关知识，我重新翻看好几遍教材，特别是第六章作了详细地了解，对校正有了较好的认识之后才开始进行单位负反馈系统设计。校正设计时候，在试取值时需要对校正原理有较好的理解才能取出合适的参数，期间我也不是一次就成