自动控制原理课程设计1报告(2014)

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1、可编辑版自动控制原理课程设计报告题目：单回路负反馈控制系统设计学生姓名：专业班级：指导教师：Word完美格式可编辑版目录一、设计题目……………………………………………………………1二、设计目的和要求……………………………………………………11、设计目的………………………………………………………12、设计要求………………………………………………………1三、设计总体思路………………………………………………………2四、详细设计步骤………………………………………………………2五、心得体会…………………………………………………

2、…………8六、参考文献……………………………………………………………8Word完美格式可编辑版一、设计题目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)在单位斜坡输入下的稳态误差为；(3)系统的剪切频率小于7.5rad/s。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

3、编程代码及运行结果（包括图形、运算结果）；（4）校正前后系统的单位阶跃响应图。二、设计目的和要求1、设计目的（1）、通过课程设计进一步掌握自动控制原理课程的有关知识，加深对所学内容的理解，提高解决实际问题的能力。（2）、理解在自动控制系统中对不同的系统选用不同的校正方式，以保证得到最佳的系统。（3）、理解相角裕度，稳态误差，剪切频率等参数的含义。（4）、学习MATLAB在自动控制中的应用，会利用MATLAB提供的函数求出所需要得到的实验结果。（5）、从总体上把握对系统进行校正的思路，能够将理论运用于实际。2、设计要求

4、（1）、能用MATLAB解复杂的自动控制理论题目。（2）、能用MATLAB设计控制系统以满足具体的性能指标。（3）、能灵活应用MATLAB分析系统的性能。Word完美格式可编辑版三、设计总体思路（1）、根据稳态误差的值，确定开环增益K。（2）、利用已确定的开环增益K，确定校正前系统的传递函数，画出其bode图，从图上看出校正前系统的相位裕度和剪切频率。（3）、根据相位裕度的要求，计算出超前校正装置的参数a和T。即得校正装置的传递函数，然后得到校正后系统的开环传递函数。（4）、验证已校正系统的相位裕度和剪切频率。四、详

5、细设计步骤（一）校正前系统分析由题意可知，开环传递函数在单位斜坡信号r(t)=t作用下，要满足系统的稳态误差。根据稳态误差公式（，）：===此时系统的稳态误差：校正前系统开环传递函数为：系统结构框图如图1所示：图1校正前系统的结构框图通过MATLAB绘制出校正前系统的Bode图和校正前系统的单位阶跃响应图分别如图2和图3：源程序代码如下：G=tf([10],[110]);figure(1);margin(G);gridonholdonWord完美格式可编辑版figure(2);sys=feedback(G,1);st

6、ep(sys)gridon图2校正前系统的Bode图图3校正前系统的单位阶跃响应图由图2和图3可知校正前系统的频域性能指标如下：幅值裕度；穿越频率;相角裕度；剪切频率。由以上得到的数据可知，剪切频率校正后的要求，而相角裕度不满足的要求，需要校正。Word完美格式可编辑版（二）校正方法根据系统的性能，决定采用串联超前校正。为达到相角裕度要求，需增加超前相角，并由此估算出要求的最大超前相位：需增加的超前相角为：应当注意，超前校正装置不仅改变了Bode图中的相角曲线，也改变了幅值曲线，并使幅值穿越频率增大，即右移（参看图2

7、）。在新的幅值穿越频率上，的相角滞后增大了，因此相角超前装置必须补偿掉这一相角滞后增量。为此相角超前校正装置产生的最大超前相角约为由公式得：将a的值代入公式求得超前校正装置相角达到最大时的频率为：此时，超前装置的幅值为计算结果表明，在时，超前校正装置使系统的幅值增加了。为了取得较好的相角超前效果，选取校正后系统新的增益交界频率。在此频率上超前装置应把原系统未的幅值予以补偿。由图2中对数幅值曲线查得原系统幅值时的频率为。因此可得：Word完美格式可编辑版将代入公式，得超前校正装置传递函数：超前校正装置的Bode图的源程

8、序如下：(校正装置的Bode图如图4)num=[0.4306,1];den=[0.1323,1];G=tf(num,den);margin(G);gridon图4校正装置的Bode图（三）校正后系统分析超前校正装置参数确定后，校正后系统的开环传递函数为：校正后系统结构框图如图5所示：图5校正后系统的结构图通过MATLAB绘制出校正后系统的Bod