基于自动控制理论的性能分析与校正课程设计

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1、课程设计报告(2013--2014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：自动化系班级：学号：学生姓名：指导教师：设计周数：1周成绩：日期：2014年1月3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

2、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

3、真软件，分析系统的性能。二、主要内容1．前期基础知识，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、

4、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、设计正文1，控制系统模型：（1）求的拉氏逆变换。解：>>symssXs=(3*s^2+2*s+8)/s/(s+2)/(s^2+2*s+4);Xt=ilaplace(Xs);%拉氏逆变换Xt=simplify(Xt)Xt=-2*exp(-2*t)+1+exp(-t)*c

5、os(3^(1/2)*t)（2）已知系统的传递函数为，在MATLAB环境下获得其连续传递函数形式模型；若已知脉冲传递函数为，在MATLAB环境下获得采样时间为8s的传递函数形式模型；获得其延时时间为5s的模型。解：连续传递函数形式模型获得symssz=[-9-4]';p=[-6-41-24]';k=10;Gzpk=zpk(z,p,k)Zero/pole/gain:10(s+9)(s+4)-------------------(s+6)(s+24)(s+41)>>[num,den]=zp2tf(z,p,k)num=

6、010130360den=17113745904>>Gs=tf(num,den)Transferfunction:10s^2+130s+360----------------------------s^3+71s^2+1374s+5904采样时间为8s的传递函数形式模型获得Gs1=tf(num,den,Ts)Transferfunction:10z^2+130z+360----------------------------z^3+71z^2+1374z+5904Samplingtime:8延时时间为5s的模型（

7、待解决）2，时域分析法：（1）已知二阶系统的传递函数为：，ωn=5，求x=0.1、0.3、0.5、…4，时的阶跃响应和脉冲响应曲线。解：>>clear,clfsymswnkwn=5;num=wn*wn;fork=0.1:0.2:4den=[13*wn*knum];step(num,den);%求阶跃响应并输出图形holdon;%保持图形end>>fork=0.1:0.2:4den=[13*wn*knum];impulse(num,den);%求脉冲响应并输出图形holdon;%保持图形end（2）设一单位反馈控制

8、系统的开环传递函数，试分别求出当K=10和K=20时系统的阻尼系数，无阻尼自然振荡频率Wn，单位阶跃响应的超调量%和调整时间ts,并讨论K的大小对过渡过程性能指标的影响。解：>>clear,clfs=tf('s');k=input('k=');Go=k/s/(0.1*s+1);sys=feedback(Go,1);step(sys)k=10>>[wnz]=damp(sys