自动控制理论课程设计

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1、自动控制原理课程设计专业：**********班级：*****班组员：叶荆风（1003720*****）XXXX（1003720*****）XXXX（1003720*****）制作时间：2012年6月14日15目录一、课程设计题目2二、课程设计内容2三、实验仪器3四、课程设计思路31、自行拟定一个线性控制系统32、设计性能指标要求3五、实验设计步骤31、未校正系统分析32、校正环节分析103、校正后系统的分析12六、学习心得15七、参考资料1515一、课程设计题目线性控制系统的设计与校正二、课程设计内容

2、在前面做过的二阶系统动态、稳态性能研究实验中，我们看到一个控制系统的动态性能、稳定性和稳态性能指标通常是矛盾的，增大系统的开环增益可以降低稳态误差，但是也会减小阻尼比，使系统的超调量和振荡加强。同样，增加开环积分环节可以提高系统型别，使输出跟踪输入的能力加强，消除某种输入信号时系统产生的误差，但是却有可能导致系统动态性能恶化，甚至不稳定。为了使控制系统同时具有满意的动态、稳态性能，就需要加入一些环节，以消除系统的某些缺陷，使之具有满意的性能。这些加入的环节称为校正环节或校正装置，通常由一些元件或电路组成

3、。本次课程设计的主要任务是学习如何设计一个满意的控制系统校正装置，具体内容如下：1、拟定一个线性控制系统，确定传递函数和模拟电路，并在自动控制原理实验箱上搭建实际电路，输入阶跃信号（用适当周期的方波信号模拟），测量系统各项动态、稳态性能指标；2、根据工程控制的一般要求提出控制系统的性能指标要求，选择合适的方法设计校正装置，并采用Matlab软件进行仿真。然后在实验装置上搭建校正后的系统电路，再次测量阶跃输入下的动态、稳态性能指标，与校正前的系统进行比较；3、改变校正装置的相关参数，使系统的性能指标均满足

4、要求，最后根据实验过程撰写课程设计报告。15三、实验仪器测量仪器、自动控制理论实验装置、具有数据采集功能的数字示波器、装配Matlab等软件的计算机四、课程设计思路采用时域校正法来实现，具体步骤如下：1、自行拟定一个线性控制系统：确定其开环传递函数为：2、设计性能指标要求：斜坡输入下的稳态误差，速度输入误差常数，阶跃响应超调量，调节时间，相角裕度，由开环传递函数知：本系统是“1”型二阶系统，故在未加校正时，系统在阶跃响应下的稳态误差为根据要求有：则,取K=20五、实验设计步骤1、未校正系统分析待校正的开

5、环传递函数为：取K=20，则开环传递函数变为：15（1）利用MATLAB绘画未校正系统的开环、闭环零极点图在MATLAB编写如下程序：G=tf([20],[0.210]);G1=feedback(G,1);figure(1)pzmap(G);title('开环零极点');figure(2)pzmap(G1);title('闭环零极点');可得如下开环和闭环零极点图如图1和图2所示：图1开环零极点图15图2闭环零极点图（1）根轨迹图分析在MATLAB中编写如下程序：G=tf([20],[0.210]);f

6、igure(3)rlocus(G);title('根轨迹');可得根轨迹图如图3所示：图3根轨迹图15(3)开环传递函数bode图分析在MATLAB中编写如下程序：G=tf(20,[0.210]);figure(2)margin(G);[gm,pm,vg,wp]=margin(G);则可得开环传递函数的bode图如图4所示：图4开环传递函数的bode图由上图可知：相角裕度，截止频率，显然不符合设计性能要求，需校正。　　　15(3)校正前系统的方框图和模拟电路图图5二阶闭环系统的方框图图6二阶闭环系统的模

7、拟电路图校正前系统的开环传递函数为:对应的闭环传递函数为:15(5)未加校正装置前系统的各项指标为：超调量：（不符合设计性能指标要求）调节时间：（不符合设计性能指标要求）阶跃响应稳态误差为0（1型系统）速度输入误差常数（对于斜坡响应）：（6)校正前系统的阶跃输入仿真结果15图7校正前系统阶跃响应曲线(7)校正前系统的阶跃输入模拟电路所得结果图8校正前示波器显示阶跃响应曲线15理论计算的超调量，在Matlab软件仿真图中，超调量，与理论值比较接近，示波器显示的曲线也是如此。2、校正环节分析校正后系统性能指

8、标要求超调量：调节时间：设校正装置的传递函数为则校正后系统的开环传递函数为相应的闭环传递函数，15取,则，则所以校正装置的传递函数为：设校正装置模拟传递函数：校正装置的模拟电路如图9所示图9校正装置电路图其中153、校正后系统的分析(1)加校正环节后系统的开环传递函数：(2)校正后bode图分析在MATLAB中编写如下程序：G=tf([420],[0.010.2510]);margin(G)title('校正后bode图');则可以绘出校正