自动控制理论课程设计

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1、电气0702程小杰U《自动控制理论》课程设计报告院系：电气学院班级：0702姓名：程小杰学号：U指导教师：2010年3月10日18电气0702程小杰U评分栏　项目应包括的主要内容或考核要点满分得分基本要求满分80方案论证性能分析，确定控制方案和校正器形式；20设计过程校正器参数设计与计算过程；30结果验证与分析闭环系统时域性能的验证，结果分析，小结20设计报告格式报告的完整性，图表，公式的规范性；10发挥部分最高分20选择第（1）项提出合理的性能指标要求，完成校正器设计及分析10完成第（2）项提出合理的性能指标要求，完成校正器设计及分析20完成第（3）项不同方案的校正器参数设计以及性能比较

2、20完成第（4）项视具体内容而定20总分100备注18电气0702程小杰U自动控制理论课程设计一、课程设计的目的和基本要求通过学习系统设计及校正的基本方法，使学生对《自动控制理论》课程的内容有一个全面的系统的认识，并运用综合知识完成对实际系统的设计，使系统性能指标达到设计要求。课程设计的基本目的和要求是：1．培养理论联系实际的设计思想，训练综合运用经典控制理论和相关课程知识的能力。2．掌握自动控制系统中超前、滞后以及超前滞后校正的作用及用法，根据不同的系统性能指标要求进行合理的系统设计，并调试满足系统的指标。3．学会使用MATLAB语言进行系统仿真与调试。4．锻炼独立思考和动手解决控制系统

3、实际问题的能力。5．能够按要求编写课程设计报告书，能正确阐述和分析设计结果；通过课程设计，培养学生严谨的科学态度，严肃认真的工作作风。二、课程设计的主要内容1.设计任务及要求：已知一个被控对象的传递函数为基本要求：（1）静态误差系数等于20；（2）阶跃响应超调量不超过20%。18电气0702程小杰U2.方案选择及论证：由设计要求阶跃响应超调量不超过20%我们可以知道：阻尼比约为0.5，从而可以求得相角裕度约为50度；我们可以将中频段调整为—20db/dec，滞后校正把剪切频率左移，从而减小了系统在剪切频率处的相位滞后，超前校正的作用是新剪切频率提供一个相位超前量，用以增大一个相位超前量，二

4、者均可用以增大系统相位稳定裕度，使其满足动态性能要求；但是超前校正只能获得较小的相角裕度，而滞后校正则可以获得较大的相角裕度。此处的相角裕度较大，所以选择滞后校正。3.参数设计步骤及过程：3.1确定开环传函中的系数Kc系统的静态速度误差系数的计算公式为：根据题目要求，校正后的静态系统速度误差系数为20s-1，因此可求得Kc=20所以系统的开环传递函数为3.2建立控制系统的数学模型Matlab的代码如下：>>k0=20;>>n1=1;d1=conv(conv([10],[0.11]),[0.51]);>>sys=tf(k0*n1,d1)18电气0702程小杰U程序运行的结果为：Transfe

5、rfunction:20----------------------0.05s^3+0.6s^2+s3.3分析系统的动态性能根据建立好的数学模型，绘制系统的单位阶跃响应曲线和频率响应曲线，分析系统的动态性能。利用margin命令计算闭环系统当前的相角裕量，以此确定所需的校正环节。Matlab的代码如下：>>margin(k0*n1,d1)holdon>>sysc=feedback(sys,1);>>step(sysc)18电气0702程小杰U图1—校正前系统的频率响应曲线图2—校正前系统的单位阶跃响应曲线由图1和图2知：系统不稳定，与题设要求相差很大，需要设置校正环节才能使动态性满足要求。

6、3.4设计系统的校正装置>>sigma=0.2;18电气0702程小杰U>>zeta=((log(1/sigma))^2/((pi)^2+(log(1/sigma))^2))^(1/2)>>zeta=0.4559由以求得阻尼比我们取相角裕度为50度。由于系统期望相角裕量为50度，因此校正装置需要将相角提升约61度。如果只采用单纯的超前校正，则很难提升如此之大的相角；所以采用滞后校正。Matlab的代码如下：>>gama=50;>>pha=gama+5-180;>>wgc=spline(phase,w,pha)wgc=1.0968>>na=polyval(k0*n1,j*wgc);>>da=

7、polyval(d1,j*wgc);>>g=na/dag=-9.1158-13.0187i>>g1=abs(g);>>beta=g1T=10/wgc;betat=beta*T；Gc=tf([T1],[betat1]beta=18电气0702程小杰U15.8929Transferfunction:9.117s+1-----------144.9s+1>>sopen=sys*Gc;>>margin(sopen)>>sclos