自动控制理论课程设计

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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1班姓名：骆效武学号：110301011117合作者：黄卓平谢辉时间：2013年9月8日14目录一、课程设计标题………………3二、课程设计内容………………3三、课程设计思路及其步骤……41.未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。……………8四、心得体会……………………12五、附件…………………………13六、参考文献……………………1414课程设计：一、标题：线性控制系统的设计与校正二、内容：在前面做过的二阶系统动态、稳态性能研究实验中

2、，我们看到一个控制系统的动态性能、稳定性和稳态性能指标通常是矛盾的，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

3、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；142、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。三、思路及其步骤：采用时域校正法来实现，具体步骤如下

4、：1.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：a.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；b.由开环传递函数知：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：14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：14超调量：=调节时间：==1.4s（5%误

5、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）：校正前伯德图如图3所示：图3校正前伯德图校正前系统的阶跃输入仿真结果如图4所示：14图4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5所示：图5示波器显示阶跃响应曲线14理论计算的超调量=，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。2.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

6、校正装置模拟传递函数：校正装置GC(S)的模拟电路如图6所示：14图6校正装置模拟图校正装置的伯德图如图7所示：图7校正装置伯德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8所示：14图8校正后系统方框图校正后系统的模拟电路图如图9所示：图9校正后系统模拟图校正后系统的阶跃输入仿真结果如图10所示图10校正后系统阶跃响应曲线14校正后系统的阶跃输入模拟电路所得结果如图11所示：图11示波器显示阶跃响应曲线校正后的伯德图如图12所示：图12校正后的伯德图设计要求系统的超调量，在Matla

7、b软件仿真图中，超调量=14，示波器显示的曲线也是如此，基本满足设计要求。四、心得体会：这次为期二周的课程设计可谓收获颇多。本次课程设计让我学会了把理论运用于实践。虽说平时我们也做过实验，但实验的局限性很难然我们全面的了解自动控制设计的实质，加上实验是在指导老师反复说明之下着手做的，因此，想在实验中发现知识的缺漏貌似有点勉强。但在这次课程设计过程中，完全是自己思考，自己设计，将自己的想法表现出来，我觉得这样很好。遇到问题通过查找资料以及复习课本，在设计中的问题得到了解决，在寻找答案的过程中，我加深了对平时上课时学到的知识的理解，

8、也体会到将理论结合实际设计、分析的成就感，还使自己看到平时学习的漏洞，因为有一些看似不起眼的小知识点有时也是需要考虑的重点。这次课程设计中Matlab软件的应用起到了很大的帮助，在自动控制领域中，用它对控制系统进行频域分析，大大简化了计算和绘图步骤。在今后的学习