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1、2010-2011学年第1学期院别:控制工程学院课程名称:自动控制原理实验名称:简单控制系统设计及Matlab实现实验教室:6111指导教师:小组成员（姓名，学号）:实验日期：2012年12月18日评分：一、实验目的1、深刻理解串联超前网络和滞后网络对系统性能的调节作用；2、掌握串联超前和滞后校正网络的设计方法；3、学习并掌握计算机辅助控制系统设计方法；4、通过实验，总结串联超前和滞后校正的特点，以及对系统性能影响的规律。二、实验任务及要求（一）实验任务如图（a）所示为大型卫星天线系统，为跟踪卫星的运动，必须保证天线的准确定位。天线指向控制系统采用电枢控制电机驱动天线，其框图模型如
2、图（b）所示。若要求：（1）系统在斜坡作用下的稳态误差小于10%；（2）系统相角裕度大于40度；（3）阶跃响应的超调量小于25%，调节时间小于2s。通过实验请完成下列工作：图（a）天线图（b）天线指向控制系统1、若不加校正网络，通过实验绘制系统阶跃响应曲线和开环bode图，观察系统能否满足上述性能指标要求。2、若，通过绘制系统根轨迹图，确定使系统稳定的值范围；并通过实验研究仅调节参数是否能满足指标要求。要求至少选择三个值分别绘制阶跃响应曲线和bode图加以说明。3、设计合适的超前校正网络,使系统满足性能指标要求。并通过实验图形反映校正过程和实验结果。提示：如果一级超前无法满足要求，
3、则可设计二级超前网络。4、设计合适的滞后校正网络，使系统满足性能指标要求。并通过实验图形反映校正过程和实验结果。5、列表说明超前校正和滞后校正的效果、优点、缺点、适用场合。6、计算干扰对输出的影响（可以假定）。（二）实验要求1、通过实验选择校正网络的参数使校正后的系统满足设计要求；2、通过实验总结超前校正、滞后校正的控制规律；3、总结在一定控制系统性能指标要求下，选择校正网络的原则；4、采用人工分析与MATLAB平台编程仿真结合完成设计实验任务。三、实验方案设计（含实验参数选择、控制器选择、仿真程序等）1.不加校正网络：%系统阶跃响应t=[0:0.01:10]num=[10];de
4、n=[0.020.310];[yxt]=step(num,den,t);plot(t,y,'k');xlabel('wnt');ylabel('Y(t)');gridon;%系统开环波特图w=logspace(-1,3,200);num=[10];z=conv([10],[0.11])；p=[0.21]；den=conv(z,p);sys=tf(num,den)bode(sys)gridon2.增加：%绘制跟轨迹num=[10];den=[0.020.310];sys=tf(num,den)rlocus(sys);rlocfind(sys)；rlocfind(sys)；gtext(
5、'不稳定')；gtext('稳定')；gridon;%根据跟轨迹图选取Kp的三个值为0.5，0.707，1.2绘制阶跃响应曲线t=[0:0.01:10]；num1=[5];num2=[7.07];num3=[12];den=[0.020.310];[y1xt]=step(num1,den,t);[y2xt]=step(num2,den,t);[y3xt]=step(num3,den,t);plot(t,y1,'k',t,y2,'r',t,y3,'b');legend('Kp=0.5','Kp=0.707','Kp=1.2',4);xlabel('wnt');ylabel('Y(t)
6、');gridon;%绘制开环波特图w=logspace(-1,3,200);num1=[5];num2=[7.07];num3=[12];z=conv([10],[0.11]);p=[0.21];den=conv(z,p);sys1=tf(num1,den);sys2=tf(num2,den);sys3=tf(num3,den);subplot(1,3,1)bode(sys1)title('Kp=0.5');gridonsubplot(1,3,2)bode(sys2)title('Kp=0.707');gridonsubplot(1,3,3)bode(sys3)title('Kp
7、=1.2');gridon3.超前校正网络根据系统要求，求得满足系统的超前校正网络的增益K≤1，由1题中原系统的波特图中可以找到在w=3rad/s处，有Φ(w)=155°，相角裕度为25°，此时需增加超前角Φm为16.5°。根据公式计算出a=1.79，最后计算出校正后的零极点为P=2.4，Z=1.35.最后得到系统的超前校正网络为Gc(S)=%由主导零极点绘制阶跃响应曲线num=[10/2.510];m2=conv([1/4.51],[0.2,1]);sys=tf(n
