自动控制原理课程设计--基于自动控制理论的性能分析与校正

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1、课程设计报告(2011--2012年度第2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：控制与计算机工程学院自动化系班级：自动化1002学号：201002020211学生姓名：李俊杰指导教师：牛成林设计周数：1周成绩：日期：2013年1月4日21一、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

2、理论等奠定基础。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、课程设计的正文【1.1】已知系统的传递

3、函数，在MATLAB环境下获得其连续传递函数形式模式。已知系统的脉冲传递函数为，在MATLAB环境下获得其采样时间为4S的传递函数形式模型。解题过程及程序：num=[346];den=[3248];G1=tf(num,den);Ts=4;G2=tf(num,den,Ts)结果及打印曲线：Transferfunction:3z^2+4z+6-----------------------3z^3+2z^2+4z+8Samplingtime(seconds):421【1.2】某系统在零初始条件的单位阶跃响应为h(t)=(1-)1(t)，试求系统传递函数及零初始条下的单位脉冲响应。解题过程

4、及程序：symst;%syms函数用来定义符号变量h=1-exp(-2*t)+exp(-t);L1=laplace(h)%laplace函数可求拉氏变换symss;L2=1/s;G=L1/L2%传递函数simplify(G)H1=G*1;%零初始条件下的单位脉冲响应H2=ilaplace(H1)%ilaplace函数可求拉氏反变换结果及打印曲线：L1=1/(s+1)-1/(s+2)+1/sG=s*(1/(s+1)-1/(s+2)+1/s)ans=s/((s+1)*(s+2))+1H2=2/exp(2*t)-1/exp(t)+dirac(t)【2.1】系统闭环特征方程分别如下，试确定

5、特征根在S平面的位置，并判断系统闭环稳定性：（1）；（2）。解题过程及程序：21解：（1）用古尔维茨判据判别系统的稳定性：d1=2;a=[24;13];d2=det(a);b=[240;135;024];d3=det(b);c=[2400;1350;0240;0135];d4=det(c);if((d1>0)&(d2>0)&(d3>0)&(d4>0))WARNDLG(‘Thesystemisstable’,’StabilityAnalysis’);elseWARNDLG(‘Thesystemisunstable’,’StabilityAnalysis’);end(2)用直接求根法判

6、别系统稳定性：d=[1209100];r=roots(d)结果及打印曲线：(1):（2）：r=l19.8005l0.0997+2.2451il0.0997-2.2451i【2.2】已知二阶系统的传递函数为G（s）=,=5,求=0.1、0.2、0.3、0.4、…、2时的阶跃响应和脉冲响应曲线。解题过程及程序：wn=5;w2=wn*wn;num=w2;forks=0.1:0.1:2den=[12*wn*ksw2];21figure(1);step(num,den);holdon;figure(2);impulse(num,den);holdon;end结果及打印曲线：21【3.1】试绘

7、制如图所示的系统的根轨迹（K由0→+∞变化）。KR(s)E(s)C(s)解题过程及程序：[num1,den1]=pade(4,15);num=conv(num1,2);den=conv(den1,[1001]);rlocus(num,den);axis([-1010-100100])结果及打印曲线：21【3.2】已知系统开环传递函数为G（s）=,试画ξ=0.1、0.3、0.5、0.7、0.9时的等ξ线，=1、2、3、…、10时的等线及系统的根轨迹图，并找到ξ=0.9时