自控原理课设.docx

课程设计(综合实验)报告( 2014-- 2015 年度第 1学期)名 称： 自动控制原理 题 目： 自控课设 院 系： 控制与计算机工程学院 班 级： 自动化1203班 学 号： 1121190309 学生姓名：指导教师： 张金芳 设计周数： 一周 成 绩： 日期： 2015年1月21日一、课程设计题目及报告要求题目 已知单位负反馈系统被控制对象的开环传递函数任务：分析系统单位阶跃响应的时域性能指标当时，绘制系统的根轨迹，分析系统的稳定性对系统进行频域分析，绘制其Nyquist图及Bode图，确定闭环系统的稳定性用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计，使系统满足如下动态及静态性能指标：4.1设计串联校正满足下列性能指标（1）在单位斜坡信号作用下，系统的稳态误差；（2）系统校正后，相位裕量。4.2设计串联校正满足下列性能指标（1）在单位斜坡信号作用下，系统的稳态误差；（2）系统校正后，相位裕量。（3）系统校正后，幅值穿越频率。课程设计报告的内容应包括以下几个部分：单位阶跃响应时域指标的分析：绘制出系统的单位阶跃响应曲线，利用响应曲线计算出系统单位阶跃响应的性能指标绘制系统的根轨迹，通过根轨迹分析系统的稳定性绘制系统的Nyquist图和Bode图，由图分析系统的稳定性及稳定裕度利用频率域串联校正方法对系统进行的串联校正（1）分析设计要求，说明串联校正的设计思路（滞后校正，超前校正或滞后-超前校正）；（2）详细设计（包括的图形有：串联校正结构图，校正前系统的Bode图，校正装置的Bode图，校正后系统的Bode图）；（3）MATLAB编程代码及运行结果（包括图形、运算结果）；（4）校正实现的电路图及实验结果（校正前后系统的阶跃响应图）；（5）不同校正方法及装置的比较；（6）总结（包括课程设计过程中的学习体会与收获、对本次课程设计的认识等内容）。二、设计正文（原理、程序、图形）令题目中的s的系数为0.31、系统的单位阶跃响应程序：G1=tf([1],[0.3 1 0]);sys=feedback(G1,1);figure(1)t=0:0.01:6;step(sys,t);grid;由图可得tr=1.61 tp=4.21 ts=2.65 超调量为0，震荡次数N=02、零极点图，及系统的根轨迹figure(2)p=roots([0.31 0])pzmap(G1);grid;程序结果：p =0 -3.3333k0时的根轨迹图figure(3)rlocus(G1);rlocfind(G1);grid;k0时的根轨迹图figure(4)rlocus(-G1);rlocfind(-G1);grid;由图可看出当K??0，可满足系统稳定。?由图可看出?当K?0?时?，系统不稳定?。3、对系统进行频域分析Bode图如下figure(5)margin(G1);grid;Nyquist图如下figure(6)nyquist(G1);grid;根据nyquist?稳定判据，R=0，P=0，Z=0??可知系统稳定4、串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计4.1由于ess0.01,所以k=100校正前系统的Bode图G0=tf([100],[0.3 1 0])Sys=feedback(G0,1)figure(1)[h0,r,wx,wc]=margin(G0)margin(G0)运行结果h0 = Infr = 10.4318wx = Infwc = 18.1054其中相角裕度r=10.431845，截止频率wc=18.1054 ，不满足要求校正前系统的阶跃响应图figure(2)T=0:0.01:4;step(Sys,T);grid;（1）超前校正由于校正前的相角裕度小于要求的相角裕度，考虑选择串联超前校正装置 校正结构图电路图MATLAB程序wm=27;l=bode(G0,wm)Lwc=20*log10(l)a=10^(-0.1*Lwc)T=1/(wm*sqrt(a))phi=asin((a-1)/(a+1))Gc=(1/a)*tf([a*T 1],[T 1])Gc=a*Gcfigure(3)G=G0*Gc[h,r,wx,wc]=margin(G)margin(G)运行结果h = Infr = 48.2206wx = Infwc = 27.0000其中相角裕度r=48.220645满足要求，截止频率wc=27.0000校正装置Gc= 0.08161 s + 1 ----------------- 0.