自动控制原理课程设计报告

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1、目录1设计目的12设计要求23实现过程33.1设计题目33.2计算过程33.2.1计算根轨迹图33.2.2计算Bode图53.2.3设计系统的串联校正装置63.2.4给出校正装置的传递函数73.2.5画出校正前，校正后幅频特性图73.2.6画出校正前、后开环系统的奈奎斯特图93.2.7校正器对系统性能的影响104总结12参考文献131自动控制原理课程设计任务书1设计目的1）掌握控制系统设计与校正的步骤和方法。（2）掌握对控制系统相角裕度、稳态误差、剪切频率、相角穿越频率以及增益裕度的求取方法。（3）掌握利用Matlab对控制系统分析的技能。熟悉MA

2、TLAB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。（4）提高控制系统设计和分析能力。（5）所谓校正就是在系统不可变部分的基础上，加入适当的校正元部件，使系统满足给定的性能指标。校正方案主要有串联校正、并联校正、反馈校正和前馈校正。确定校正装置的结构和参数的方法主要有两类，分析法和综合法。分析法是针对被校正系统的性能和给定的性能指标，首先选择合适的校正环节的结构，然后用校正方法确定校正环节的参数。在用分析法进行串联校正时，校正环节的结

3、构通常采用超前校正、滞后校正和滞后-超前校正这三种类型。超前校正通常可以改善控制系统的快速性和超调量，但增加了带宽，而滞后校正可以改善超调量及相对稳定度，但往往会因带宽减小而使快速性下降。滞后-超前校正兼用两者优点，并在结构设计时设法限制它们的缺点。2设计要求1．前期基础知识，主要包括MATLAB系统要素，MATLAB语言的变量与语句，MATLAB的矩阵和矩阵元素，数值输入与输出格式，MATLAB系统工作空间信息，以及MATLAB的在线帮助功能等。2．控制系统模型，主要包括模型建立、模型变换、模型简化，Laplace变换等等。3．控制系统的时域分析

4、，主要包括系统的各种响应、性能指标的获取、零极点对系统性能的影响、高阶系统的近似研究，控制系统的稳定性分析，控制系统的稳态误差的求取。4．控制系统的根轨迹分析，主要包括多回路系统的根轨迹、零度根轨迹、纯迟延系统根轨迹和控制系统的根轨迹分析。5．控制系统的频域分析，主要包括系统Bode图、Nyquist图、稳定性判据和系统的频域响应。146．控制系统的校正，主要包括根轨迹法超前校正、频域法超前校正、频域法滞后校正以及校正前后的性能分析。3实现过程3.1设计题目设单位负反馈系统传递函数为1、手动画出未校正系统的根轨迹图，分析闭环系统是否稳定。2、手动画

5、出未校正系统的Bode图，分析系统是否稳定。3、设计系统的串联校正装置，使系统达到下列指标：（1）静态速度误差系数Kv≥5s-；（2）相位裕量γ≥40°（3）幅值裕量h≥10dB。4、给出校正装置的传递函数。5、用MATLAB分别画出校正前，校正后和校正装置的幅频特性图。计算校正后系统的截止频率ωc、相位裕量γ、穿越频率ωx和幅值裕量h。6、用MATLAB分别画出系统校正前、后开环系统的奈奎斯特图，并进行分析。7、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响。3.2计算过程3.2.1计算根轨迹图根轨迹图计算：（1），。有3条根轨迹。（2）；；。3个无限

6、零点。（3）定轴上的分布，是根轨迹。（4）14，，舍去，由于第一、第四周期有值，所以闭环系统不稳定。14图3-1手绘根轨迹143.2.2计算Bode图根据令。作出未校正的Bode图。14图3-2手绘bode图143.2.3设计系统的串联校正装置（1）静态速度误差系数Kv≥5s-1；（2）相位裕量γ≥40°（3）幅值裕量h≥10dB。解：，，令上式，可求得。未校正前的相位裕量给出校正装置的传递函数。故采用滞后校正装置。取，故要求的相位裕量为。由关系可求出需要的，再由公式14又取3.2.4给出校正装置的传递函数滞后校正装置为验算：3.2.5画出校正前，

7、校正后幅频特性图用MATLAB分别画出校正前，校正后和校正装置的幅频特性图。num=[10];den=[1320];G=tf(num,den)bode(G)14图3-3校正前的幅频特性图num=[17010];den=[14042128320];G=tf(num,den)bode(G)图3-4校正后的幅频特性图G5=tf([17010],[14042128320])[Gm,Pm,wcg,wcp]=margin(G5)GmdB=20*log10(Gm);[Gm,Pm,wcg,wcp]，，，截止频率、相位裕量、穿越频率、幅值裕量。3.2.6画出校正前、

8、后开环系统的奈奎斯特图14num=[10];den=[1320];G=tf(num,den)nyquist(G)图3-5校