課程設(shè)計(jì)---自動(dòng)控制原理

1、<p>　　成績(jī)： </p><p>　　自 動(dòng) 控 制 原 理</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p><b>　　學(xué)生姓名： </b></p><p>　　班 級(jí)：工業(yè)自動(dòng)化091</p><p>　　學(xué)

2、 號(hào)：0000</p><p><b>　　指導(dǎo)老師：….</b></p><p>　　設(shè)計(jì)時(shí)間：2011.12</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1設(shè)計(jì)目的3</b></p><p><b>　　2設(shè)計(jì)任

3、務(wù)3</b></p><p><b>　　3設(shè)計(jì)要求：3</b></p><p>　　4設(shè)計(jì)方法和步驟4</p><p>　　4.1校正前系統(tǒng)分析4</p><p>　　4.1.1系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益K4</p><p>　　4.1.2校正前的系統(tǒng)圖4</p>&l

4、t;p><b>　　5課程設(shè)計(jì)總結(jié)3</b></p><p><b>　　6參考文獻(xiàn)3</b></p><p><b>　　1設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　掌握控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與校正方法、步驟。</p><p>　　掌握對(duì)控制系統(tǒng)的相角裕度、穩(wěn)態(tài)誤差、截止頻率和

5、動(dòng)態(tài)性能分析。</p><p>　　掌握利用matlab對(duì)控制理論內(nèi)容進(jìn)行分析。</p><p>　　提高分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力。</p><p><b>　　2設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　題目：已知單位負(fù)反饋系統(tǒng)被控制對(duì)象的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)</p><p>　　用串聯(lián)校正的頻率域方法對(duì)系統(tǒng)

6、進(jìn)行串聯(lián)校正設(shè)計(jì)。</p><p>　　任務(wù)：用串聯(lián)校正的頻率域方法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行串聯(lián)校正設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)滿(mǎn)足如下動(dòng)態(tài)及靜態(tài)性能指標(biāo)：</p><p>　　（1）在單位斜坡信號(hào)作用下，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差；</p><p>　?。?）系統(tǒng)校正后，相位裕量。</p><p><b>　?。?）截止頻率。</b></p>&

7、lt;p><b>　　3設(shè)計(jì)要求：</b></p><p>　　按如下步驟，利用頻率域串聯(lián)校正方法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行的串聯(lián)校正設(shè)計(jì)：</p><p>　?。?）根據(jù)要求的穩(wěn)態(tài)品質(zhì)指標(biāo)，求系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益值；</p><p>　　（2）根據(jù)求得的值，畫(huà)出校正前系統(tǒng)的Bode圖，并計(jì)算出幅值穿越頻率、相位裕量(要求利用MATLAB軟件編程進(jìn)行輔助設(shè)計(jì))

8、,以檢驗(yàn)性能指標(biāo)是否滿(mǎn)足要求。若不滿(mǎn)足要求，則執(zhí)行下一步；</p><p>　?。?）畫(huà)出串聯(lián)校正結(jié)構(gòu)圖，分析并選擇串聯(lián)校正的類(lèi)型（超前、滯后和滯后-超前校正）。</p><p>　?。?）確定校正裝置傳遞函數(shù)的參數(shù)；</p><p>　?。?）畫(huà)出校正后的系統(tǒng)的Bode圖，并校驗(yàn)系統(tǒng)性能指標(biāo)(要求利用MATLAB軟件編程進(jìn)行輔助設(shè)計(jì))。若不滿(mǎn)足，跳到第（4）步。否

9、則進(jìn)行下一步。</p><p>　?。?）提出校正的實(shí)現(xiàn)方式及其參數(shù)。（要求實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)校正前、后系統(tǒng)并得到的校正前后系統(tǒng)的階躍響應(yīng)）</p><p><b>　　4設(shè)計(jì)方法和步驟</b></p><p>　　4.1校正前系統(tǒng)分析</p><p>　　4.1.1系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益K</p><p>　　由

10、題意可知，開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)在單位斜坡信號(hào)r(t)= t作用下，要滿(mǎn)足系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差?？捎山K值定理求出。</p><p><b>　　=</b></p><p>　　因此要求，就有K100，取K=100</p><p>　　所以校正前的系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為：</p><p>　　4.1.2校正前的系統(tǒng)圖</p>&

11、lt;p><b>　　bode圖：</b></p><p>　　利用MATLAB繪畫(huà)校正系統(tǒng)前的bode圖</p><p>　　在MATLAB中編寫(xiě)如下程序：</p><p><b>　　num=100;</b></p><p>　　den=[0.1 1 0];</p><

12、p>　　g=tf(num,den);</p><p><b>　　bode(g)</b></p><p>　　所以校正系統(tǒng)前的Bode圖如下圖所示</p><p><b>　　階躍響應(yīng)圖：</b></p><p>　　利用MATLAB繪畫(huà)出系統(tǒng)校正前的單位階躍響應(yīng)曲線</p>&

13、lt;p>　　在MATLAB中編寫(xiě)如下程序：</p><p><b>　　num=100;</b></p><p>　　den=[0.1 1 100];</p><p>　　g=tf(num,den);</p><p><b>　　step(g)</b></p><p>

14、;　　所以校正系統(tǒng)前的單位階躍響應(yīng)曲線圖如下圖所示</p><p><b>　　參量圖：</b></p><p>　　利用MATLAB求出系統(tǒng)校正前具體的截止頻率和相穩(wěn)定裕度</p><p>　　在MATLAB中編寫(xiě)如下程序：</p><p><b>　　num=100;</b></p>

15、<p>　　den=[0.1 1 0];</p><p>　　g=tf(num,den);</p><p>　　[gm,pm,wcg,wcp]=margin(g)</p><p><b>　　求得具體參量圖如下</b></p><p>　　有圖可知：， </p><p>　　結(jié)

16、論：以上兩個(gè)參數(shù)均不能滿(mǎn)足要求</p><p>　　4.2校正裝置結(jié)構(gòu)分析</p><p>　　4.2.1分析選取校正環(huán)節(jié)，畫(huà)出結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　由于滿(mǎn)足穩(wěn)態(tài)要求時(shí)，和均比期望值小，因此要求加入的，能使校正后的系統(tǒng)，截止頻率和相穩(wěn)定裕度同時(shí)增大，為此選取</p><p><b>　　的相位超前校正</b><

17、;/p><p><b>　　結(jié)構(gòu)圖：</b></p><p>　　4.2.2確定校正裝置參數(shù)：</p><p>　　a、T確定的原則：最大相位超前角發(fā)生在新的截止頻率處，這里>40。因此應(yīng)有=>40。依題意可取=47. 由上圖（校正前系統(tǒng)的Bode圖）可知=47時(shí)幅頻特性是-7dB,為了使47處成為校正后的截止頻率，校正環(huán)節(jié)需在=47處

18、提供7dB的增益。</p><p>　　所以有： 10lga=7</p><p><b>　　=47</b></p><p>　　求得a=5 T=0.0095</p><p>　　由式： 得：(s)=，==42°</p><p>　　4.2.3校正裝置bode圖</p>

19、;<p>　　利用MATLAB繪畫(huà)校正裝置的bode圖</p><p>　　在MATLAB中編寫(xiě)如下程序：</p><p>　　num=[0.0475 1];</p><p>　　den=[0.0095 1];</p><p>　　g=tf(num,den);</p><p><b>　　bod

20、e(g)</b></p><p>　　校正裝置的Bode圖如下圖所示</p><p>　　4.3校正后系統(tǒng)分析</p><p>　　加入(s)后的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為</p><p><b>　　(s)(s)=</b></p><p>　　4.3.1校正后的系統(tǒng)圖</p>&l

21、t;p><b>　　bode圖</b></p><p>　　利用MATLAB繪畫(huà)校正后系統(tǒng)的bode圖</p><p>　　在MATLAB中編寫(xiě)如下程序</p><p>　　num=[4.75 100];</p><p>　　den=[0.00095 0.1095 1 0];</p><p>

22、;　　g=tf(num,den);</p><p><b>　　bode(g)</b></p><p>　　所以校正系統(tǒng)后的Bode圖如下圖所示</p><p><b>　　階躍響應(yīng)圖：</b></p><p>　　利用MATLAB繪畫(huà)出系統(tǒng)校正后的單位階躍響應(yīng)曲線</p><

23、p>　　在MATLAB中編寫(xiě)如下程序：</p><p>　　num=[4.75 100];</p><p>　　den=[0.00095 0.1095 5.75 100];</p><p>　　g=tf(num,den);</p><p><b>　　step(g)</b></p><p>

24、　　校正系統(tǒng)后的單位階躍響應(yīng)曲線圖如下圖所示</p><p><b>　　參量圖：</b></p><p>　　利用MATLAB求出系統(tǒng)校正后具體的截止頻率和相穩(wěn)定裕度</p><p>　　在MATLAB中編寫(xiě)如下程序：</p><p>　　num=[4.75 100];</p><p>　　de

25、n=[0.00095 0.1095 1 0];</p><p>　　g=tf(num,den);</p><p>　　[gm,pm,wcg,wcp]=margin(g)</p><p><b>　　求得具體參量圖如下</b></p><p>　　有圖可得系統(tǒng)校正后：= 46.6>40 </p><

26、;p><b>　　=54>45 </b></p><p>　　可知通過(guò)系統(tǒng)校正裝置后，系統(tǒng)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求</p><p>　　4.4校正的實(shí)現(xiàn)方式及其參數(shù)</p><p>　　校正前系統(tǒng)模擬電路圖：</p><p>　　采用有源網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)校正網(wǎng)絡(luò)，可用放大器和RC元件構(gòu)成有源超前校正裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)</p>

27、<p>　　在慣性環(huán)節(jié)中： K1=1，T1=0.01 （K1=，T1=R1C1）</p><p>　　其中R0=R1=100，C=0.1F</p><p>　　在比例微分環(huán)節(jié)中：K2=1，T2=0.05 (K2=,T2=C2 )</p><p>　　其中R3=R4=100，R2=200，C=1F</p><p>　　校正

28、后的系統(tǒng)模擬電路圖：</p><p><b>　　5課程設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p>　　在這課程設(shè)計(jì)之前以為這作業(yè)學(xué)不到什么實(shí)際的東西，但做完才發(fā)現(xiàn)，原來(lái)除了書(shū)本上的理論知識(shí)，還有電腦軟件可以一起幫助解決問(wèn)題，這改變了我之前對(duì)課程設(shè)計(jì)膚淺的認(rèn)識(shí)。</p><p>　　對(duì)于MATLAB 的學(xué)習(xí)，之前也是在課堂上聽(tīng)到老師隨口說(shuō)說(shuō)，沒(méi)有實(shí)際操作

29、過(guò)，經(jīng)過(guò)這個(gè)課程設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，大體掌握了MATLAB的學(xué)習(xí)和應(yīng)用，每個(gè)軟件都有它存在的道理。</p><p>　　在做課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，遇到不懂的問(wèn)題就向同學(xué)請(qǐng)教，一起探討知識(shí)?？傊藭?shū)本知識(shí)和考試檢測(cè)之外，我覺(jué)得課程設(shè)計(jì)更是個(gè)考驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)能力的好途徑。</p><p><b>　　6參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 欒坤.自動(dòng)控制