MATLAB仿真课程设计报告

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1、自控原理仿真实习班级：测控11-1学号：33姓名：杨树德指导教师：白晶实习日期：6.3—6.79目录一．未校正前系统的分析21.1时域分析21.2根轨迹分析31.3频域分析4二．串联校正及校正后系统分析52.1校正原理52.2校正过程52.2.1选择增益系数52.2.2校正环节52.3校正后系统验证系统性能72.3.1时域分析72.3.2频域分析7三．校正装置的实现83.1无源校正装置8四．实习总结99我们的题目是：磁盘驱动读取系统的开环传递函数为Gk(s)=1/s(s+20)(s+10)，对这个函数进行展开得到Gk(s)=1/s^3+30s^2+2

2、00s，是设计一校正装置，使校正后的动态过程超调量δ%≤7%,调节时间ts≤1s.1．未校正前系统的分析MATLAB仿真课程设计报告衡量一个系统的好坏主要是通过性能指标，而其中最主要的分析方法是时域分析、根轨迹分析和频域分析。1.1时域分析时域分析法是根据系统的微分方程，以拉氏变换为工具，直接解出控制系统的时间响应，根据响应表达式及响应曲线来分析系统的稳定性、快速性、准确性等。运用MATLAB的step()函数对此系统进行仿真，M文件如下:num0=1;den0=conv([1,0],conv([1,20],[1,10]));[numb,denb]=

3、cloop(num0,den0);step(numb,denb);title('未校正系统阶跃响应');得到系统单位阶跃响应曲线如1-1所示。图1-1单位阶跃响应曲线由以上分析，得到系统的时域指标δ%=0%,ts=782s。从调节时间上看，远远地不符合设计要求。91.1根轨迹分析根轨迹法是根据反馈控制系统开环和闭环传递函数之间的关系提出的一种由开环传递函数求闭环特征根的简便方法，它是分析和设计线性定常控制系统的图解方法，使用十分简便，在工程上获得了广泛的应用。运用根轨迹分析法，可以对系统的稳定性进行分析而这又为系统的校正提供依据。在调用rlocus(

4、)函数之后，调用根轨迹增益函数rlocfind()，可得出系统的根轨迹曲线如1-2所示。图1-2根轨迹曲线MATLAB的程序为；num0=1;den0=[1,30,200,0];axisequal;rlocus(num0,den0);[K,poles]=rlocfind(num0,den0);title('未校正前系统根轨迹');执行以上程序，并移动鼠标到根轨迹与虚轴的交点处单击鼠标左键后可得到如下结果：selected_point=0+14.0727iK=5.9413e+003poles=-29.94649-0.0268+14.0853i-0.02

5、68-14.0853i由此可见，根轨迹与虚轴交点处的增益K=5941.3这说明，K<1.6时系统稳定；当K>941.6时系统不稳定。利用rlocfind()函数可找出根轨迹从实轴上的分离点处的增益K=384，说明当0

6、)生成，而频域指标幅值裕量、相位裕量、相位穿越频率和幅值穿越频率通过[Gm,Pm,Wcg,Wcp]=margin(num,den)获得。所编写的MATLAB程序为：num0=1;den0=[1,30,200,0];g=tf(num0,den0);bode(g);[Gm,Pm,Wcg,Wcp]=margin(g);title('未校正前系统伯德图');执行后得如下数据及如图1-3所示的bode图Gm=6.0000e+003Pm=89.9570Wcg=14.1421Wcp=0.00509图1-3系统bode图从图中可以看出相位裕量γ=89.9570度，即

7、裕量为正，开环系统稳定，还有较好的动态性能指标。2串联校正及校正后系统分析2.1校正原理结合前面对系统性能指标的分析，我们得出系统的调节时间过长，主要是增益过小导致的，所以进行校正前的首要任务是确定系统的增益系数。确定了增益系数之后就可以借助于频域特性法来设计校正装置。2.2校正过程2.2.1选择增益系数根据增益系数对系统稳定性影响的特点以及前面对系统根轨迹分析得出的系统稳定时增益的范围（0

8、，观察到系统的动态响应的快速性仍有待提高，所以就选择了串联超前校正。接下来我们根据串联校正编写了MATLAB