自动控制原理专业课程设计.doc

成绩 课程设计汇报 题 目 控制系统设计和校正 课 程 名 称 自动控制原理课程设计 院 部 名 称 机电工程学院 专 业 自动化 班 级 学 生 姓 名 学 号 课程设计地点 课程设计课时 1周 指 导 教 师 金陵科技学院教务处制目录一、课程设计题目及要求3二、课程设计目标3三、控制算法选择3四、控制参数整定3五、校正前后特征根4 5.1校正前特征根4 5.2校正后特征根5六、 校正前后经典脉冲响应6 6.1校正前单位脉冲响应6 6.2校正后单位脉冲响应7 6.3校正前单位阶跃响应8 6.4校正后单位阶跃响应9 6.5校正前单位斜坡响应10 6.6校正后单位斜坡响应11七、校正前后阶跃响应性能指标12八、校正前后阶跃响应根轨迹15九、校正前后Bode图17十、 校正前后Nyquist图19十一、心得体会21十二、参考文件21一、 课程设计题目要求： 已知单位负反馈系统开环传输函数，试用频率法设计串联滞后校正装置使系统速度误差系数，相位裕度为，剪切频率。二、 课程设计应达成目标： 1、掌握自动控制原理时域分析法，根轨迹法，频域分析法，和多种赔偿（校正）装置作用及使用方法，能够利用不一样分析法对给定系统进行性能分析，能依据不一样系统性能指标要求进行合理系统设计，并调试满足系统指标。2、学会使用MATLAB语言及Simulink动态仿真工具进行系统仿真和调试。 三、控制算法选择 校正前相位裕量：53.5159 校正后要求相位裕量 期望校正角（）-53.5159为负角度 所以选择滞后校正四、控制参数整定 1、因为系统静态速度误差系数Kv1,所以可令原传输函数中K=6. 2、确定滞后装置传输函数 Gc=(1+bTs)/(1+Ts)依据滞后校正装置最大幅值和原系统在wc上幅值相等条件，求出b值。在wc=wc处，从未校正对数幅频特征曲线上求得 :20lg|G0(j wc)| =20dB再由20lg 1/b=19.4dB 计算出b=0.1 3、由 1/bT=1/5wc , 所以当wc0.09rad/s , a=0.1时，可求得T=556s 。 4、将所求a值和T值代入式得校正装置传输函数为： Gc(s)=(1+55.6s)/(1+556s) 5、求出G=6/(s3+4s2+6s)* Gc(s) 伯德图 由图可知，因为函数中有振荡步骤，情况特殊，完全不符合，b偏大，所以自己在图中进行调试，要相位裕度增大，可增大w1，取w1=1/8rad/s，对应w2=1/132rad/s，调试公式：g=tf(conv(6,8 1),conv(1 4 6,conv(1 0,132 1)对其进行验证，符合，则Gc(s)=(1+8s)/(1+132s)五、校正前后特征根 1、校正前特征根 由传输函数可求出闭环特征方 。程序代码以下：num=6;den=1 4 6 0;G=tf(num,den);Gc=feedback(G,1);num,den=tfdata(Gc,v);r=roots(den);disp(r)输出 -2.5747 -0.7126 + 1.3500i -0.7126 - 1.3500i 校正前系统闭环传输函数特征方程特征根实部皆小于0，所以系统是稳定。 2、校正后特征根num=48,6den=132,529,796,6,0G=tf(num,den);Gc=feedback(G,1);num,den=tfdata(Gc,v);r=roots(den);disp(r)输出-1.9710 + 1.3708i-1.9710 - 1.3708i-0.0328 + 0.0825i-0.0328 - 0.0825i 校正后系统闭环传输函数特征方程特征根实部也皆小于0，所以校正后系统是稳定。六、 校正前后经典脉冲响应 1、校正前单位脉冲响应程序代码以下： clearnum=6;den=1 4 6 0;G=tf(num,den);closys=feedback(G,1);impulse(closys); 校正前单位脉冲响应曲线图： 2、校正后单位脉冲响应程序代码以下： num=48,6;den=132,529,796,6,0;sys=tf(num,den);closys=feedback(sys,1);impulse(closys)校正后单位脉冲响应曲线图： 3、校正前单位阶跃响应：程序代码以下： clearnum=6;den=1 4 6 0;G=tf(num,den);closys=feedback(G,1);step(closys);校正前单位阶跃响应曲线： 4、校正后单位阶跃响应：程序代码以下： num=48,6;den=132,529,796,6,0;sys=tf(num,den);closys=feedback(sys,1);step(closys)校正后单位阶跃响应曲线： 5、校正前单位斜坡响应：程序代码以下： s=tf(s) ;num=6;den=1 4 6 0;G=tf(num,den);closys=feedback(G,1);g1=closys/s2;impulse(g1),grid; 输出：Transfer function: 6-s3 + 4 s2 + 6 s + 6校正前单位斜坡响应曲线： 6、校正后单位斜坡响应：程序代码以下： s=tf(s) ;num=48,6;den=132,529,796,6,0;sys=tf(num,den);closys=feedback(sys,1); G1=closys/s2;impulse(G1);校正后单位斜坡响应曲线：七、 校正前后阶跃响应性能指标 1、校正前阶跃响应性能指标程序代码以下：num=6;den=1 4 6 0;G1=tf(num,den);G2=feedback(G1,1);y,t=step(G2);C=dcgain(G2);max_y,k=max(y);tp=t(k) 输出 tp =2.7981求超调量 max_overshoot=100*(max_y-C)/C输出max_overshoot =15.2767 r1=1;while(y(r1)0.1*C)r1=r1+1;endr2=1;while(y(r2) s=length(t);while y(s)0.98*C&y(s)1.02*Cs=s-1;endts=t(s)输出 ts =5.7129校正前稳态误差s=tf(s) G=6/s/(s*s+4*s+6);Gc=feedback(G,1)输出校正前闭环传输函数： 6-s3 + 4 s2 + 6 s + 6求稳态误差程序代码：ess=1-dcgain(Gc)输出稳态误差：ess = 0。 2、校正后阶跃响应性能指标num=48,6den=132,529,796,6,0G1=tf(num,den);G2=feedback(G1,1);y,t=step(G2);C=dcgain(G2);max_y,k=max(y);tp=t(k)输出 tp =29.8233求超调量max_overshoot=100*(max_y-C)/C输出max_overshoot = 37.9559r1=1;while(y(r1)0.1*C)r1=r1+1;endr2=1;while(y(r2)0.98*C&y(s)1.02*Cs=s-1;endts=t(s)输出ts = 116.6772校正后稳态误差num=48,6den=132,529,796,6,0G1=tf(num,den);Gc=feedback(G1,1)Transfer function: 48 s + 6 -132 s4 + 529 s3 + 796 s2 + 54 s + 6稳态误差程序代码以下：ess=1-dcgain(Gc)输出ess = 0从经过滞后网络校正前后系统动态性能指标中可看出，校正后峰值时间tp、超调量%、上升时间tr、调整时间t等全部有改变，反应出滞后校正是以牺牲快速性来换取稳定性和振荡性。八、校前正后根轨迹1、校正前根轨迹 num=1;den=1 4 6 0;rlocus(num,den);k,p=rlocfind(n,d)Select a point in the graphics window输出选中和虚轴交点坐标及和其相对应增益K：selected_point =0.0059 + 2.5155ik =4.2330p =-4.0621 0.0311 + 2.5003i 0.0311 - 2.5003i 2、校正后根轨迹num=48,6den=132,529,796,6,0rlocus(num,den);num =48 6den =132 529 796 6 0k,p=rlocfind(num,den)Select a point in the graphics window输出选中和虚轴交点坐标及和其相对应增益K：selected_point = -0.0201 + 2.3478ik =60.0254p =-3.8645 -0.0071 + 2.3400i-0.0071 - 2.3400i-0.1289 九、校正前后Bode图 1、校正前bode图G=tf(6,1,4,6,0)margin(G)Gm,Pm,Wcg,Wcp=margin(G)Gm =4.0000Pm =53.5159Wcg=2.4495Wcp=0.9444幅值裕量：4，相位裕量：53.5159，幅值穿越频率：0.9444 相位穿越频率： 2.4495。 2、校正后bode图num=48,6den=132,529,796,6,0G=tf(num,den)margin(G)Gm,Pm,Wcg,Wcp=margin(G)Gm =60.8243Pm =38.7585Wcg=2.3517Wcp=0.0979 幅值裕量：60.8243，相位裕量：38.7585，幅值穿越频率：0.0979 相位穿越频率：2.3517 十、校正前后Nyquist图 1、系统校正前Nyquist图num=6;den=1 4 6 0;sys=tf(num,den);nyquist(sys)系统校正前Nyquist曲线图以下： 2、系统校正后Nyquist图num=48,6den=132,529,796,6,0sys=tf(num,den);nyquist(sys)系统校正后Nyquist曲线图以下：十一、 心得体会经过这次课程设计我对所学知识有了更深刻了解，学会并熟练掌握了matlab软件知识，和部分关键编程函数。提升了自己分析问题、处理问题能力，并应用知识能力，课程设计是比较靠近于生产实际，从中对自己未来工作情况也有了一定了解。经过查阅多种资料，了解了很多课外知识，拓宽了自己知识面。即使在此次设计中碰到不少困难，经过查询资料和请教同学和老师，我还是能按时完成了课程设计。十二、关键参考文件 1、程 鹏 .自动控制原理M .北京：高等教育出版社， 2、徐薇莉. 自动控制理论和设计M 上海：上海交通大学出版社,3、欧阳拂晓. MATLAB控制系统设计M. 北京： 国防工业出版社,