基于自动控制理论的性能分析与校正--自动控制原理课程设计

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1、课程设计报告(--年度第一学期)名称：《自动控制理论》课程设计题目：基于自动控制理论的性能分析与校正院系：自动化系班级：学号：学生姓名：指导教师：设计周数：1周成绩：日期：年月日一、目的与要求本课程为《自动控制理论A》的课程设计，是课堂的深化。设置《自动控制理论A》课程设计的目的是使MATLAB成为学生的基本技能，熟悉MATLAB这一解决具体工程问题的标准软件，能熟练地应用MATLAB软件解决控制理论中的复杂和工程实际问题，并给以后的模糊控制理论、最优控制理论和多变量控制理论等奠定基础。作为自动化专业的学生很有必要学会应用这一强大的工具，并掌握利用MATLAB对控制理论内容进行分析

2、和研究的技能，以达到加深对课堂上所讲内容理解的目的。通过使用这一软件工具把学生从繁琐枯燥的计算负担中解脱出来，而把更多的精力用到思考本质问题和研究解决实际生产问题上去。通过此次计算机辅助设计，学生应达到以下的基本要求：1.能用MATLAB软件分析复杂和实际的控制系统。2.能用MATLAB软件设计控制系统以满足具体的性能指标要求。3.能灵活应用MATLAB的CONTROLSYSTEM工具箱和SIMULINK仿真软件，分析系统的性能。进度计划：序号设计内容完成时间备注1基础知识、数学模型年月日2时域分析法、频域分析年月日3根轨迹分析、系统校正4整理打印课程设计报告5答辩设计成果要求：上

3、机用MATLAB编程解题，从教材或参考书中选题，控制系统模型、控制系统的时域分析法、控制系统的根轨迹分析法、控制系统的频域分析法每章选择两道题。第六章校正选四道，其中根轨迹超前校正一道、根轨迹滞后校正一道、频域法超前校正一道、频域法滞后校正一道。并针对上机情况打印课程设计报告。课程设计报告包括题目、解题过程及程序清单和最后的运行结果（曲线），课程设计总结或结论以及参考文献。考核方式《自动控制理论课程设计》的成绩评定方法如下：根据1．打印的课程设计报告。2．独立工作能力及设计过程的表现。3．答辩时回答问题的情况。成绩评分为优、良、中、及格以及不及格5等。学生姓名：指导教师：2016年

4、1月7日二、设计正文1.控制系统模型（1）已知某离散系统传递函数如下：试建立其零极点增益模型。解：先用tf()函数建立系统的传递函数模型，再用zpk(sys)命令将其转换为零极点增益。执行MATLAB程序JLMX.m%MATLABPROGRAMJLMX.M%num=[165];den=[1452];g1=tf(num,den);g2=zpk(g1)程序运行结果如下：g2=(s+5)(s+1)-------------(s+2)(s+1)^2Continuous-timezero/pole/gainmodel.（2）求解微分方程，解：执行MATLAB程序WFFC.m%MATLABPR

5、OGRAMWFFC.M%[x,y]=dsolve('4*Dx+y=8,-1*x+3*Dy+2*y=5','x(0)=0,y(0)=3')程序运行结果如下：x=(exp(-t/2)*(exp(t/2)+3*exp(t/3)*(7*exp(t/6)-17/2)+7/2))/2y=exp(-t/2)*(exp(t/2)+exp(t/3)*(7*exp(t/6)-17/2)+7/2)2.控制系统的时域分析（1）系统闭环特征方程如下，试确定特征根在s平面的位置，并判断系统闭环的稳定性：①②解：①用古尔维茨判据法d1=2;a=[24;13];d2=det(a);b=[240;135;024];

6、d3=det(b);c=[2400;1350;0240;0135];d4=det(c);if((d1>0)&(d2>0)&(d3>0)&(d4>0))warndlg('Thesystemisstable','StabilityAnalysis');elsewarndlg('Thesystemisunstable','StabilityAnalysis');end用古尔维茨判据判别系统稳定性的运行结果如下图所示②用直接求根法d=[112444851];r=roots(d)程序运行结果如下：r=-5.8883+0.0000i-4.2839+0.0000i-1.7360+0.0000i-

7、0.0459+0.1440i-0.0459-0.1440i五个根都在s平面的左半部分，则系统稳定。(2)某单位负反馈系统的开环传递函数为,试求：①系统单位阶跃响应②峰值时间tp,过渡时间ts,超调量%解：%MATLABPROGRAMCDHS.M%num=[0.31];den=conv([11],[10.6]);G1=tf(num,den);G11=feedback(G1,1);t=0:0.1:20;y=step(G11,t);plot(t,y,'k');title('