自動控制原理課程設(shè)計

1、<p>　　課程設(shè)計(綜合實驗)報告</p><p>　　( 2012 -- 2013 年度第 學(xué)期)</p><p>　　名 稱： 自動控制原理課程設(shè)計 </p><p>　　題 目： 自動控制原理 </p><p>　　院 系： 控制與計算機工程學(xué)院 <

2、/p><p>　　班 級： </p><p>　　學(xué) 號： </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　設(shè)計周數(shù)： 一周

3、</p><p>　　成 績： </p><p>　　日期： 年 月 日</p><p>　　《自動控制理論A》課程設(shè)計任務(wù)書</p><p><b>　　一、 目的與要求</b></p><p>　　本次課程設(shè)計是在學(xué)完自動控制理論課程后進

4、行的。詳細介紹MATLAB的控制系統(tǒng)工具箱的用法以及SIMULINK仿真軟件，使學(xué)生能夠應(yīng)用MATLAB對自動控制理論課程所學(xué)的內(nèi)容進行深層次的分析和研究，能用MATLAB解決復(fù)雜的自動控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計題目；能用MATLAB設(shè)計控制系統(tǒng)以滿足具體的性能指標； 能靈活應(yīng)用MATLAB的CONTROL SYSTEM 工具箱和SIMULINK仿真軟件，分析系統(tǒng)的性能，進行控制系統(tǒng)設(shè)計。</p><p><b&

5、gt;　　主要內(nèi)容</b></p><p>　　1、簡要介紹控制系統(tǒng)理論的基本概念和基本方法，并介紹MATLAB軟件的基本知識。包括MATLAB的基本操作命令、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、矩陣運算、編程算法等; 簡要介紹MATLAB的控制系統(tǒng)工具箱的用法。包括控制系統(tǒng)的模型及相互轉(zhuǎn)換、時域分析方法、頻域分析方法等應(yīng)用MATLAB工具箱進行分析研究，增強理解;簡要介紹SIMULINK仿真軟件，介紹SIMULINK的應(yīng)用方

6、法及各種強大功能，應(yīng)用SIMULINK對系統(tǒng)進行仿真研究;簡要介紹控制系統(tǒng)分析與設(shè)計所必須的工具箱函數(shù)，包括模型建立、模型變換、模型簡化、模型實現(xiàn)、模型特性、方程求解、時域響應(yīng)、頻域響應(yīng)、根軌跡等各個方面。</p><p>　　2、在掌握控制系統(tǒng)基本理論和控制系統(tǒng)工具箱函數(shù)的基礎(chǔ)上，利用MATLAB及其工具箱函數(shù)來解決所給控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計問題,并上機實驗;撰寫課程設(shè)計報告。</p><p&

7、gt;　　2.1、自選單位負反饋系統(tǒng)，開環(huán)傳遞函數(shù)[一個三階或以上系統(tǒng)]。</p><p>　?。?）、繪制閉環(huán)系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲線。</p><p>　?。?）、求出系統(tǒng)動態(tài)性能指標。</p><p>　?。?）、繪制對數(shù)幅頻、相頻特性曲線，并求出頻域指標。</p><p>　　2.2、采用串聯(lián)校正，校正裝置傳遞函數(shù)。</p>

8、<p>　?。?）、，繪制由的根軌跡，繪制取三個不同數(shù)值時單位</p><p>　　階躍響應(yīng)曲線，并求出動態(tài)性能指標。</p><p>　?。?）、，采用頻率校正法進行設(shè)計。滿足穩(wěn)態(tài)性能要求，求出，繪制校正后系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲線，波德圖，并求出系統(tǒng)時域、頻域動態(tài)性能指標?；颍ㄑa充：也可以采用更多的方法如：根軌跡法，串聯(lián)工程法，串聯(lián)綜合法（希望特性法）進行設(shè)計。）</p&g

9、t;<p>　?。?）、若單獨超前校正或滯后校正不滿足采用滯后超前校正。繪制校正后系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲線，波德圖，并求出系統(tǒng)時域、頻域動態(tài)性能指標。</p><p>　　2.3、在一幅圖上繪制第2或3步校正前后系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲線，在一幅圖上繪制第（2）或（3）步校正前后系統(tǒng)波德圖。</p><p>　　2.4、根據(jù)校正前、后時域、頻域性能指標以及對比圖分析得出結(jié)論，按自己所作

10、課程設(shè)計的內(nèi)容撰寫課程設(shè)計報告。</p><p><b>　　3、考核。</b></p><p><b>　　三、 進度計劃</b></p><p><b>　　四、 設(shè)計成果要求</b></p><p>　　1、按自己所作課程設(shè)計的內(nèi)容撰寫課程設(shè)計報告，要求圖、表、公式等書寫

11、打印規(guī)范。</p><p>　　2、可以最后寫一些總結(jié)、課程設(shè)計的心得體會以及你對課程設(shè)計的一些意見及建議。</p><p><b>　　五、 考核方式</b></p><p>　　本課程設(shè)計周最后一天帶課程設(shè)計報告進行答辯，課程設(shè)計的成績將根據(jù)課程設(shè)計過程中的表現(xiàn)，課程設(shè)計報告的書寫情況，答辯情況綜合給出。</p><p&

12、gt;<b>　　題目要求： </b></p><p>　　已知單位負反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù) G（s）=10/s(s+1)(s+2)</p><p>　　校正前系統(tǒng)性能（包括時域、頻域）</p><p>　　校正前系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)的特征方程的特征根實部皆小于0，所以系統(tǒng)是穩(wěn)定。校正前系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)的特征方程的特征根實部皆小于0，所以系統(tǒng)是穩(wěn)定

13、。</p><p><b>　　num=[10];</b></p><p>　　den=[1 3 2 0];</p><p>　　sys=tf(num,den);</p><p>　　sys1=feedback(sys,1);</p><p>　　p=roots(den)</p>&

14、lt;p>　　t=0:0.01:50;</p><p><b>　　figure(1)</b></p><p>　　step(sys1,t);grid</p><p><b>　　單位階躍響應(yīng)：</b></p><p><b>　　num=[10];</b></p&

15、gt;<p>　　den=[1 3 2 0];</p><p>　　sys=tf(num,den);</p><p>　　figure(1);</p><p>　　nyquist(sys);</p><p>　　figure(2);</p><p>　　margin(sys);</p>&l

16、t;p>　　[Gm,Pm,Wcg,Wcp]= margin(sys)</p><p><b>　　grid on</b></p><p>　　Nyquist圖及Bode圖</p><p>　　Gm =0.6000 Pm = -12.9919 Wcg = 1.4142 Wcp = 1.8020</p><p>

17、;<b>　　根軌跡</b></p><p><b>　　num=[10];</b></p><p>　　den=[1 3 2 0];</p><p>　　sys=tf(num,den);</p><p>　　rlocus(sys)</p><p><b>　　K=

18、1/10</b></p><p><b>　　num=[1];</b></p><p>　　den=[1 3 2 0];</p><p>　　sys=tf(num,den);</p><p>　　sys1=feedback(sys,1);</p><p>　　p=roots(den)&

19、lt;/p><p>　　t=0:0.01:50;</p><p><b>　　figure(1)</b></p><p>　　step(sys1,t);grid</p><p>　　由曲線坐標可知 上升時間tr=2.88調(diào)節(jié)時間ts=12.4穩(wěn)態(tài)值yss=1</p><p>　　峰值mp=1.14峰值

20、時間tp=6.08</p><p>　　Nyquist圖及Bode圖，</p><p><b>　　num=[1];</b></p><p>　　den=[1 3 2 0];</p><p>　　sys=tf(num,den);</p><p>　　figure(1);</p>&l

21、t;p>　　nyquist(sys);</p><p>　　figure(2);</p><p>　　margin(sys);</p><p>　　[Gm,Pm,Wcg,Wcp]= margin(sys)</p><p><b>　　grid on</b></p><p>　　Gm =6.0

22、000 Pm =53.4109 Wcg =1.4142 Wcp =0.4457</p><p><b>　　K=2</b></p><p><b>　　num=[20];</b></p><p>　　den=[1 3 2 0];</p><p>　　sys=tf(num,den);</p&g

23、t;<p>　　sys1=feedback(sys,1);</p><p>　　p=roots(den)</p><p>　　t=0:0.01:50;</p><p><b>　　figure(1)</b></p><p>　　step(sys1,t);grid</p><p>&l

24、t;b>　　由圖可知系統(tǒng)不穩(wěn)定</b></p><p>　　Nyquist圖及Bode圖</p><p><b>　　num=[20];</b></p><p>　　den=[1 3 2 0];</p><p>　　sys=tf(num,den);</p><p>　　figur

25、e(1);</p><p>　　nyquist(sys);</p><p>　　figure(2);</p><p>　　margin(sys);</p><p>　　[Gm,Pm,Wcg,Wcp]= margin(sys)</p><p><b>　　grid on</b></p>

26、<p><b>　　Gm =</b></p><p><b>　　0.3000</b></p><p><b>　　Pm =</b></p><p><b>　　-28.0814</b></p><p><b>　　Wcg =<

27、/b></p><p><b>　　1.4142</b></p><p><b>　　Wcp =</b></p><p>　　2.4253 </p><p><b>　　3．K=6</b></p><p><b>　　num=

28、[60];</b></p><p>　　den=[1 3 2 0];</p><p>　　sys=tf(num,den);</p><p>　　sys1=feedback(sys,1);</p><p>　　p=roots(den)</p><p>　　t=0:0.01:50;</p><

29、;p><b>　　figure(1)</b></p><p>　　step(sys1,t);grid</p><p><b>　　num=[60];</b></p><p>　　den=[1 3 2 0];</p><p>　　sys=tf(num,den);</p><p

30、>　　figure(1);</p><p>　　nyquist(sys);</p><p>　　figure(2);</p><p>　　margin(sys);</p><p>　　[Gm,Pm,Wcg,Wcp]= margin(sys)</p><p><b>　　grid on</b>

31、</p><p><b>　　Gm =</b></p><p><b>　　0.1000</b></p><p><b>　　Pm =</b></p><p><b>　　-46.5624</b></p><p><b>

32、　　Wcg =</b></p><p><b>　　1.4142</b></p><p><b>　　Wcp =</b></p><p><b>　　3.7077</b></p><p><b>　　校正設(shè)計：</b></p>&

33、lt;p>　　幅值裕量：-4.44，相位裕量：-13，穿越頻率：1.41 截止頻率：1.8</p><p>　　設(shè)校正后要求截止頻率Wc’=3</p><p>　　所以應(yīng)選擇超前校正 需要求出校正裝置a和T的值。</p><p><b>　　求出參數(shù)a和T</b></p><p>　　20lg|G0(j wc’)

34、| =20*lg{10/w(w^2+1)(w^2+4)}=-10.682db</p><p>　　則 10lga=10.682dB </p><p>　　a=11.7 T=1/(Wc’*a^1/2)=0.10</p><p>　　Gc(s)=(1+1.17s)/(1+0.1s)</p><p>　　校正后傳遞函數(shù)：Gc’(s)={1

35、0（1+1.17s）}/{s(s+1)(s+2)(1+0.1s)}</p><p>　　做出校正后單位階躍曲線和bode圖</p><p>　　單位階躍響應(yīng)曲線：num=[1.17 1];</p><p>　　den=[0.1 1.3 3.2 2 0];</p><p>　　sys=tf(num,den);</p><p&

36、gt;　　sys1=feedback(sys,1);</p><p>　　p=roots(den)</p><p>　　t=0:0.01:50;</p><p><b>　　figure(1)</b></p><p>　　step(sys1,t);</p><p><b>　　grid&

37、lt;/b></p><p>　　上升時間 3.22 調(diào)節(jié)時間 6.39</p><p><b>　　校正后Bode圖</b></p><p>　　num=[1.17 1];</p><p>　　den=[0.1 1.3 3.2 2 0];</p><p>　　sys=tf(num,den)

38、;</p><p>　　figure(1);</p><p>　　nyquist(sys);</p><p>　　figure(2);</p><p>　　margin(sys);</p><p>　　[Gm,Pm,Wcg,Wcp]= margin(sys)</p><p><b>　

39、　grid on</b></p><p>　　Gm =22.3767 Pm =76.8074 Wcg =4.6559 Wcp = 0.5020</p><p>　　把校正前后單位階躍響應(yīng)繪到同一圖</p><p><b>　　num=[10];</b></p><p>　　den=[1 3

40、 2 0];</p><p>　　sys=tf(num,den);</p><p>　　sys1=feedback(sys,1);</p><p>　　t=0:0.01:50;</p><p>　　subplot(2,2,1)</p><p>　　step(sys1,t);</p><p>　　

41、num1=[1.17 1];</p><p>　　den1=[0.1 1.3 3.2 2 0];</p><p>　　sys2=tf(num1,den1);</p><p>　　sys3=feedback(sys2,1);</p><p>　　t=0:0.01:50;</p><p>　　subplot(2,2,2)&

42、lt;/p><p>　　step(sys3,t);</p><p><b>　　grid</b></p><p><b>　　num=[10];</b></p><p>　　den=[1 3 2 0];</p><p>　　sys=tf(num,den);</p>

43、<p>　　subplot(2,2,1)</p><p>　　margin(sys);</p><p>　　[Gm,Pm,Wcg,Wcp]= margin(sys)</p><p>　　num=[1.17 1];</p><p>　　den=[0.1 1.3 3.2 2 0];</p><p>　　sys=t

44、f(num,den);</p><p>　　subplot(2,2,2)</p><p>　　margin(sys);</p><p>　　[Gm,Pm,Wcg,Wcp]= margin(sys)</p><p><b>　　grid </b></p><p>　　通過對比校正前后的單位階躍響應(yīng)曲

45、線可知系統(tǒng)經(jīng)過校正前響應(yīng)曲線是發(fā)散的，經(jīng)過校正后的響應(yīng)曲線是收斂的，超調(diào)量下降，系統(tǒng)變?yōu)榉€(wěn)定。通過對比校正前后波特圖看出經(jīng)過校正增大相角裕度，增加截止頻率。</p><p><b>　　心得體會</b></p><p>　　經(jīng)過此次課程設(shè)計，我初步掌握了matlab的應(yīng)用，了解了控制系統(tǒng)的校正設(shè)計過程，特別是對串聯(lián)校正的運用。加深了我對時域分析、串聯(lián)校正、波特圖、頻域