課程設計---自動控制原理

1、<p>　　成績： </p><p>　　自 動 控 制 原 理</p><p><b>　　課程設計報告</b></p><p><b>　　學生姓名： </b></p><p>　　班 級：工業(yè)自動化091</p><p>　　學

2、 號：0000</p><p><b>　　指導老師：….</b></p><p>　　設計時間：2011.12</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1設計目的3</b></p><p><b>　　2設計任

3、務3</b></p><p><b>　　3設計要求：3</b></p><p>　　4設計方法和步驟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課程設計總結3</b></p><p><b>　　6參考文獻3</b></p><p><b>　　1設計目的</b></p><p>　　掌握控制系統(tǒng)的設計與校正方法、步驟。</p><p>　　掌握對控制系統(tǒng)的相角裕度、穩(wěn)態(tài)誤差、截止頻率和

5、動態(tài)性能分析。</p><p>　　掌握利用matlab對控制理論內(nèi)容進行分析。</p><p>　　提高分析問題解決問題的能力。</p><p><b>　　2設計任務</b></p><p>　　題目：已知單位負反饋系統(tǒng)被控制對象的開環(huán)傳遞函數(shù)</p><p>　　用串聯(lián)校正的頻率域方法對系統(tǒng)

6、進行串聯(lián)校正設計。</p><p>　　任務：用串聯(lián)校正的頻率域方法對系統(tǒng)進行串聯(lián)校正設計，使系統(tǒng)滿足如下動態(tài)及靜態(tài)性能指標：</p><p>　?。?）在單位斜坡信號作用下，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差；</p><p>　　（2）系統(tǒng)校正后，相位裕量。</p><p><b>　?。?）截止頻率。</b></p>&

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

8、,以檢驗性能指標是否滿足要求。若不滿足要求，則執(zhí)行下一步；</p><p>　　（3）畫出串聯(lián)校正結構圖，分析并選擇串聯(lián)校正的類型（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>　?。?）畫出校正后的系統(tǒng)的Bode圖，并校驗系統(tǒng)性能指標(要求利用MATLAB軟件編程進行輔助設計)。若不滿足，跳到第（4）步。否

9、則進行下一步。</p><p>　　（6）提出校正的實現(xiàn)方式及其參數(shù)。（要求實驗實現(xiàn)校正前、后系統(tǒng)并得到的校正前后系統(tǒng)的階躍響應）</p><p><b>　　4設計方法和步驟</b></p><p>　　4.1校正前系統(tǒng)分析</p><p>　　4.1.1系統(tǒng)的開環(huán)增益K</p><p>　　由

10、題意可知，開環(huán)傳遞函數(shù)在單位斜坡信號r(t)= t作用下，要滿足系統(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繪畫校正系統(tǒng)前的bode圖</p><p>　　在MATLAB中編寫如下程序：</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>　　階躍響應圖：</b></p><p>　　利用MATLAB繪畫出系統(tǒng)校正前的單位階躍響應曲線</p>&

13、lt;p>　　在MATLAB中編寫如下程序：</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

16、論：以上兩個參數(shù)均不能滿足要求</p><p>　　4.2校正裝置結構分析</p><p>　　4.2.1分析選取校正環(huán)節(jié)，畫出結構圖</p><p>　　由于滿足穩(wěn)態(tài)要求時，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)定裕度同時增大，為此選取</p><p><b>　　的相位超前校正</b><

17、;/p><p><b>　　結構圖：</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。因此應有=>40。依題意可取=47. 由上圖（校正前系統(tǒng)的Bode圖）可知=47時幅頻特性是-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繪畫校正裝置的bode圖</p><p>　　在MATLAB中編寫如下程序：</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繪畫校正后系統(tǒng)的bode圖</p><p>　　在MATLAB中編寫如下程序</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>　　階躍響應圖：</b></p><p>　　利用MATLAB繪畫出系統(tǒng)校正后的單位階躍響應曲線</p><

23、p>　　在MATLAB中編寫如下程序：</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>　　可知通過系統(tǒng)校正裝置后，系統(tǒng)滿足設計要求</p><p>　　4.4校正的實現(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)絡設計校正網(wǎng)絡，可用放大器和RC元件構成有源超前校正裝置來實現(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課程設計總結</b></p><p>　　在這課程設計之前以為這作業(yè)學不到什么實際的東西，但做完才發(fā)現(xiàn)，原來除了書本上的理論知識，還有電腦軟件可以一起幫助解決問題，這改變了我之前對課程設計膚淺的認識。</p><p>　　對于MATLAB 的學習，之前也是在課堂上聽到老師隨口說說，沒有實際操作

29、過，經(jīng)過這個課程設計的學習，大體掌握了MATLAB的學習和應用，每個軟件都有它存在的道理。</p><p>　　在做課程設計的過程中，遇到不懂的問題就向同學請教，一起探討知識。總之除了書本知識和考試檢測之外，我覺得課程設計更是個考驗學生學習能力的好途徑。</p><p><b>　　6參考文獻</b></p><p>　　[1] 欒坤.自動控制