自动控制原理课程设计1

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1、二○一四～二○一五学年第一学期信息科学与工程学院课程设计报告书课程名称：自动控制原理课程设计班级：学号：姓名：指导教师：2014年12月目录一、简介1、设计题目及要求2、系统功能分析二、原理和系统分析三、详细设计1、任务一2、任务二3、结论四、总结与感想五、参考文献一、简介1、设计题目及要求题目1(必做)：已知单位负反馈系统被控制对象的开环传递函数用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计。任务一：用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计，使闭环系统同时满足如下动态及静态性能指标：（1）在单位斜坡信号作用下，系统的稳态误差；（2

2、）系统校正后，相位裕量。（3）系统校正后，幅值穿越频率。任务二：若采用数字控制器来实现任务一设计的控制器，给出数字控制器的差分方程表示或离线传递函数（Z变换）表示。仿真验证采用数字控制器后闭环系统的性能，试通过仿真确定满足任务一指标的最大的采样周期T.（注：T结果不唯一）。题目2（选作）：已知单位负反馈系统被控制对象的开环传递函数用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计。任务要求：设计PID控制器，使闭环系统同时满足如下动态及静态性能指标：（1）在单位斜坡信号作用下，系统的稳态误差；（2）系统校正后，相位裕量。2、系统功能分析控制

3、系统校正方法correctionmethodsofcontrolsystems在控制工程中用得最广的是电气校正装置，它不但可应用于电的控制系统，而且通过将非电量信号转换成电量信号，还可应用于非电的控制系统。控制系统的设计问题常常可以归结为设计适当类型和适当参数值的校正装置。校正装置可以补偿系统不可变动部分（由控制对象、执行机构和量测部件组成的部分）在特性上的缺陷，使校正后的控制系统能满足事先要求的性能指标。常用的性能指标形式可以是时间域的指标，如上升时间、超调量、过渡过程时间等（见过渡过程），也可以是频率域的指标，如相角裕量、增益裕量

4、（见相对稳定性）、谐振峰值、带宽（见频率响应）等。校正方式按校正装置在控制系统中的连接方式，校正方式可分为串联校正和并联校正。如果校正装置(传递函数用 Gc(s)表示)和系统不可变动部分(其传递函数用G0(s)表示)按串联方式相连接（图1a），即称为串联校正。如果校正装置连接在系统的一个反馈回路内(图1b）,则称为并联校正或反馈校正。图中G1(s)和G2(s)分别表示系统不可变动部分中各部件的传递函数。一般说来，串联校正比并联校正简单。但是串联校正装置常有严重的增益衰减，因此采用串联校正往往同时需要引入附加放大器，以提高增益并起隔离作

5、用。对于并联校正，信号总是从功率较高的点传输到功率较低的点，无须引入附加放大器，所需元件数目常比串联校正为少。在控制系统设计中采用哪种校正，常取决于校正要求、信号性质、系统各点功率、可选用的元件和经济性等因素。串联校正常用的串联校正装置有超前校正、滞后校正、滞后-超前校正三种类型。在许多情况下,它们都是由电阻、电容按不同方式连接成的一些四端网络。各类校正装置的特性可用它们的传递函数来表示，此外也常采用频率响应的波德图来表示。不同类型的校正装置对信号产生不同的校正作用，以满足不同要求的控制系统在改善特性上的需要。下表列出三类校正装置的典

6、型线路、传递函数、频率响应的波德图和各自的校正作用。在工业控制系统如温度控制系统、流量控制系统中，串联校正装置采用有源网络的形式，并且制成通用性的调节器，称为PID（比例-积分-微分）调节器,它的校正作用与滞后-超前校正装置类同。二分法对于区间[a，b]上连续不断且f（a）·f（b）<0的函数y=f（x），通过不断地把函数f（x）的零点所在的区间一分为二，使区间的两个端点逐步逼近零点，进而得到零点近似值的方法叫二分法。本次设计，使用二分法逐步逼近最大周期。二、原理和系统分析题目一任务一：首先对未校正前系统进行分析。使用matlab中S

7、imulink仿真：校正前阶跃响应：校正前斜坡响应1、根据给定的系统稳态性能指标，确定系统的开环增益K。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，取K=200。所以校正前系统开环传递函数为：2、做原系统的Bode图，检查是否满足题目要求。输入Matlab代码：num1=200;den1=[0.110];bode(num1,den1);grid;[mag1,phase1,w1]=bode(num1,den1);[gm,pm,wcg,wcp]=margin(mag1,

8、phase1,w1);得到的bode图如下：图1未校正的系统的Bode图由workspace可得系统校正后，相位裕量。系统校正后，幅值穿越频率wc=44.1559<50不符合设计要求，故要进行校正。三、详细设计1、校正方