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1、成绩评定：自动控制系统课程设计课题名称单位负反馈系统的校正设计专业电气自动化班级B0392学号39姓名宋建军所在院系电子工程学院完成日期12月01日11目录一、设计目的3二、设计任务与要求32.1设计任务32.2设计要求3三、设计方法步骤及设计校正构图33.1校正前系统分析33.2校正方法63.3校正装置63.4校正后系统分析7四、课程设计小结与体会10五、参考文献1111一、设计目的1.掌握控制系统的设计与校正方法、步骤。2.掌握对系统相角裕度、稳态误差和穿越频率以及动态特性分析。3.掌握利用MATL
2、AB对控制理论内容进行分析和研究的技能。4.提高分析问题解决问题的能力。二、设计任务与要求2.1设计任务设单位负反馈系统的开环传递函数为：用相应的频率域校正方法对系统进行校正设计，使系统满足如下动态和静态性能：1)相角裕度；2)系统的速度误差系数；2.2设计要求1)分析设计要求，说明校正的设计思路（超前校正，滞后校正或滞后－超前校正。2)详细设计（包括的图形有：校正结构图，校正前系统的Bode图，校正装置的Bode图，校正后系统的Bode图）。3)用MATLAB编程代码及运行结果（包括图形、运算结果）。
3、4)校正前后系统的单位阶跃响应图。三、设计方法步骤及设计校正构图3.1校正前系统分析校正前系统的开环传递函数为：校正要求:;，由此可知k=8;所以系统的开环传递函数为首先利用MATLAB中的simulink命令画出校正前结构图:111)单位阶跃响应分析先求出其闭环传递函数；在MATLAB中编写如下程序：num=[8];den[0.02，0.3，1，8];g=tf(num,den);title(‘单位阶跃响应图’)；step(g);grid运行后：11由上图可以看出，系统在阶跃输入下还是可以稳定输出的，但
4、是开始时振荡比较大，超调量也比较大，系统的动态性能不佳。1)利用MATLAB绘画未校正系统的bode图在MATLAB中编写如下程序：num=[8];den=[0.020.310];g=tf(num,den);title('校正前的bode图');bode(g);grid;[gm,pm,wcg,wcp]=margin(num,den)运行后得gm=1.8750pm=18.0777wcg=7.0711wcp=5.0347v校正前bode图v11由上图可知，相角欲度，截止频率w=5.0347，幅值欲度为无穷大
5、。显然，此时系统的相角裕度不符合要求，故该系统需要校正。由于校正前系统已有一定的相角欲度，因此可以考虑引入串联超前校正装置以满足相角欲度的要求。3.2校正方法根据系统的性能，决定采用串联超前校正，输入以下程序：num=[8];den=[0.020.310];g=tf(num,den);[gm,pm,wcg,wcp]=margin(num,den);dpm=35-pm+12;phi=dpm*pi/180;a=(1+sin(phi))/(1-sin(phi));mm=-10*log10(a);[mu,pu,
6、w]=bode(num,den);mu_db=8*log10(mu);wc=spline(mu_db,w,mm);T=1/(wc*sqrt(a));p=a*T;nk=[p,1];dk=[T,1];gc=tf(nk,dk)运行后可以从命令窗口中得到校正装置的传递函数为：Transferfunction:0.1736s+1-------------0.06043s+1则校正装置传递函数：3.3校正装置校正装置结构图如下：11利用MATLAB绘画校正装置的bode图程序如下：num=[0.1736,1];de
7、n=[0.06043,1];g=tf(num,den);title('校正装置的bode图');bode(g);gridv校正装置Bode图如下：校正装置Bode图3.4校正后系统分析经超前校正后，系统开环传递函数为：11v校正后结构图：1)利用MATLAB绘画系统校正后的bode图在上面超前校正程序的基础上加上以下程序：h=tf(num,den);h1=tf(nk,dk);s=h*h1;bode(s);grid;[gml,pml,wcgl,wcpl]=margin(s)运行后得：gml=3.3587p
8、ml=35.2840wcgl=12.1894wcpl=5.9723v校正后系统的bode图：11由上图可知，相角裕度，截止频率w=5.9723。幅值欲度为无穷大，各项指标基本满足设计要求。1)利用MATLAB绘画系统校正前后的单位阶跃响应图程序。在MATLAB中编写如下程序：num1=[8];den1=[0.02,0.3,1,8];num2=[1.3888,8];den2=[0.00121,0.03813,0.36043,1,0];[num
