自动控制原理设计已知单位负反馈系统被控制对象的开环传递函数.doc

课程设计(综合实验)报告( 2012 - 2013 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： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 张金芳 设计周数： 一周 成 绩： 日期：年 月 日 课程 课程设计（综合实验）报告一、 课程设计(综合实验)的目的与要求题目 已知单位负反馈系统被控制对象的开环传递函数任务：1. 分析系统单位阶跃响应的时域性能指标2. 当时，绘制系统的根轨迹，分析系统的稳定性3. 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4. 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。设计步骤规范化要求：l 单位阶跃响应时域指标的分析：绘制系统的单位阶跃响应曲线，利用曲线计算系统单位阶跃响应的时域性能指标，包括上升时间，峰值时间，调节时间，超调，振荡次数l 根据Matlab相关命令绘制系统的根轨迹，通过根轨迹分析系统的稳定性l 根据Matlab相关命令绘制系统的Nyquist图和Bode图，由图分析系统的稳定性及稳定裕度l 按如下步骤，利用频率域串联校正方法对系统进行的串联校正设计：（1）根据要求的稳态品质指标，求系统的开环增益值；（2）根据求得的值，画出校正前系统的Bode图，并计算出幅值穿越频率、相位裕量(要求利用MATLAB软件编程进行辅助设计),以检验性能指标是否满足要求。若不满足要求，则执行下一步；（3）画出串联校正结构图，分析并选择串联校正的类型（超前、滞后和滞后-超前校正）。（若可以采用多种方法，分别设计并进行比较）（4）确定校正装置传递函数的参数；（5）画出校正后的系统的Bode图，并校验系统性能指标(要求利用MATLAB软件编程进行辅助设计)。若不满足，跳到第（4）步。否则进行下一步。（6）提出校正的实现方式及其参数。（要求实验实现校正前、后系统并得到的校正前后系统的阶跃响应）（7）若采用不同串联校正方法进行设计，比较不同串联校正方法的特点。（稳定性、稳态性能、动态性能和实现的方便性的比较）二 设计（实验）正文1.系统的单位阶跃响应及性能指标：本题中取s的系数为0.2程序如下：num=1;den=0.2 1 0;G=tf(num,den);%开环传递函数sys=feedback(G,1);%闭环传递函数figure(1)step(sys);grid%单位阶跃响应由上图分析可得：上升时间，调节时间，由于系统为过阻尼系统，无振荡，故峰值时间不存在，超调量、振荡次数均为零。2.根轨迹及稳定性分析k0,根轨迹如下：程序段：%根轨迹图%K0figure(2)rlocus(G)k0,根轨迹如下：程序段：%K0的时候，根轨迹分支没有进入右半平面，故系统稳定；当k0的时候，根轨迹分支进入右半平面，故系统不稳定。3.Nyquist曲线及稳定性分析程序段：%奈奎斯特图figure(4)nyquist(G);axis(-1.2 0.3 -10 10);ngridaxis equal%调整横纵坐标比例，保持原形 Bode图及稳定性分析程序段：%伯德图figure(5)margin(G)稳定性分析：由Nyquist曲线可知，曲线在点左侧无穿越，且系统在右半平面无极点，故系统闭环稳定；由Bode图可知，相频特性曲线没有穿越线，且系统在右半平面没有极点，故系统闭环稳定。4.1校正前程序及运行结果如下：k=1/0.01;G1=tf(k,0.2 1 0)h0,r,wx,wc=margin(G1)figure(6)margin(G1)运行结果：Transfer function: 100-0.2 s2 + sh0 =Infr =12.7580wx =Infwc =22.0825校正前系统阶跃响应程序及运行结果：k=1/0.01;G1=tf(k,0.2 1 0);jzq=feedback(G1,1);%校正前闭环传递函数step(jzq)由图可知，校正前系统相角裕度，远小于要求的，则需要采用校正装置进行校正。本题中采用串联超前校正装置。校正过程：1、 令wm=30，对系统的校正程序及结果如下：wm=30;L=bode(G1,wm);Lwc=20*log10(L)a=10(-0.1*Lwc)%确定aT=1/(wm*sqrt(a)%确定tfi=asin(a-1)/a+1%fi最大超前相角Gc=(1/a)*tf(a*T 1,T 1)%超前传递函数Gc=a*Gc;%补偿无源超前网络产生的增益衰减，放大器提高增益a倍Gk=Gc*G1;%计算已校正的系统开环传递函数h,r,wx,wc=margin(Gk)figure(7)margin(Gk)运行结果：Lwc =-5.2244a =3.3300T =0.0183fi =1.4717 - 0.4473iTransfer function:0.01827 s + 0.3003- 0.01827 s + 1h =Infr =42.0171wx =Infwc =30.0000由图可知，相角裕度，未满足要求，故重新计算。2、令wm=35，运行结果如下：Lwc =-7.8711a =6.1250T =0.0115fi =1.2565 - 0.3784iTransfer function:0.01154 s + 0.1633- 0.01154 s + 1h =Infr =54.1267wx =Infwc =35.0000由此可知，校正装置传递函数及伯德图：Transfer function:0.01154 s + 0.1633-0.01154 s + 1 伯德图：margin(0.01154 0.1633,0.01154 1)校正后的伯德图：由图可知，相角裕度，满足要求。校正后系统阶跃响应程序及运行结果：jzh=feedback(Gk,1);%校正后闭环传递函数figure(8)step(jzh)axis(0 2.5 0 1.5)超前串联校正结构图：4.2校正前程序及运行结果如下：k=1/0.005;G1=tf(k,0.2 1 0)h0,r,wx,wc=margin(G1)figure(6)margin(G1)运行结果：Transfer function: 200-0.2 s2 + sh0 =Infr =9.0406wx =Infwc =31.4247由图可知，校正前系统相角裕度，远小于要求的，则需要进行校正。本题中采用串联超前校正装置。校正前系统阶跃响应程序及运行结果：k=1/0.005;G1=tf(k,0.2 1 0);jzq1=feedback(G1,1);%校正前闭环传递函数step(jzq1)令wm=60，对系统的校正程序及结果如下wm=60;L=bode(G1,wm);Lwc=20*log10(L)a=10(-0.1*Lwc)%确定aT=1/(wm*sqrt(a)%确定tfi=asin(a-1)/a+1%fi最大超前相角Gc=(1/a)*tf(a*T 1,T 1)%超前传递函数Gc=a*Gc;%补偿无源超前网络产生的增益衰减，放大器提高增益a倍Gk=Gc*G1;%计算已校正的系统开环传递函数h,r,wx,wc=margin(Gk)figure(7)margin(Gk)运行结果Lwc =-11.1561a =13.0500T =0.0046fi =1.1204 - 0.2437iTransfer function:0.004614 s + 0.07663- 0.004614 s + 1h =Infr =63.8175wx =Infwc =60.0000由此可知，校正装置传递函数及伯德图：Transfer function:0.004614 s + 0.07663-0.004614 s + 1伯德图：margin(0.004614 0.07663, 0.004614 1)校正后伯德图：由图可知，相角裕度，幅值穿越频率，均满足要求。校正后系统阶跃响应程序及运行结果：jzh=feedback(Gk,1);%校正后闭环传递函数figure(8)step(jzh)%校正后单位阶跃图axis(0 2.5 0 1.5)超前串联校正结构图：三、 课程设计（综合实验）总结或结论 自动控制原理这门课程设计，其实是我们平常自控实验的一个总结和凝练。在课程设计过程中，很多以前有些模糊的知识点，通过自己看书钻研，变得清晰明了；很多之前已经明白的知识点，也在这个过程中得到了更深层的理解，印象更加深刻了；我想，这也是课程设计的目的，就到看我们到底是否掌握了这门课程的重要知识，甚至说是核心内容。自控的课程设计让我不得不再次感叹MATLAB的强大，短短的几行程序，就能实现很强大的功能，也加深了我的MATLAB这个软件的认识和了解，也让我发现，自己还很生疏，程序都来自于课本，对它的指令的了解远远不够。总的来说，也为我日后更好的利用这个软件打下来基础，积累了经验。这次的课程设计，收获还是挺多的，自动控制原理作为我们专业的主要课程，是需要我们用心学习和理解的。我也会重视起来，为以后的工作打下基础。四、参考文献MATLAB语言与自动控制系统设计，魏克新等著，机械工业出版社。基于MATLAB的系统分析与设计-控制系统，楼天顺等 著，西安电子科技大学出版社。1. 基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究2. 基于单片机的嵌入式Web服务器的研究 3. MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究 4. 基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制 5. 基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究 6. 基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器7. 单片机控制的二级倒立摆系统的研究8. 基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现 9. 基于单片机的蓄电池自动监测系统 10. 基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究11. 基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究 12. 基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发 13. 基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制 14. 基于单片机的自动找平控制系统研究 15. 基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发 16. 基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发 17. 模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现 18. 一种基于单片机的轴快流CO,2激光器的手持控制面板的研制 19. 基于双单片机冲床数控系统的研究 20. 基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制 21. 基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制 22. 基于单片机的软起动器的研究和设计 23. 基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究 24. 基于单片机的机电产品控制系统开发 25. 基于PIC单片机的智能手机充电器 26. 基于单片机的实时内核设计及其应用研究 27. 基于单片机的远程抄表系统的设计与研究 28. 基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制 29. 基于微型光谱仪的单片机系统 30. 单片机系统软件构件开发的技术研究 31. 基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制32. 基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制 33. 基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用 34. 基于单片机的光纤光栅解调仪的研制 35. 气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制 36. 基于单片机的数字磁通门传感器 37. 基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究 38. 基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究 39. 单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制 40. 基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪 41. 基于单片机的电机运动控制系统设计 42. Pico专用单片机核的可测性设计研究 43. 基于MCS-51单片机的热量计 44. 基于双单片机的智能遥测微型气象站 45. MCS-51单片机构建机器人的实践研究 46. 基于单片机的轮轨力检测 47. 基于单片机的GPS定位仪的研究与实现 48. 基于单片机的电液伺服控制系统 49. 用于单片机系统的MMC卡文件系统研制 50. 基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究 51. 基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究 52. 单片机控制的后备式方波UPS 53. 提升高职学生单片机应用能力的探究 54. 基于单片机控制的自动低频减载装置研究 55. 基于单片机控制的水下焊接电源的研究 56. 基于单片机的多通道数据采集系统 57. 基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制 58. 基于单片机的红外测油仪的研究 59. 96系列单片机仿真器研究与设计 60. 基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造 61. 基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现 62. 基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制 63. 基于单片机的气体测漏仪的研究 64. 基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器 65. 基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究 66. 基于单片机的膛壁温度报警系统设计 67. 基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计 68. 基于单片机船舶电力推进电机监测系统 69. 基于单片机网络的振动信号的采集系统 70. 基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究 71. 基于单片机的叠图机研究与教学方法实践 72. 基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现 73. 基于AT89S52单片机的通用数据采集系统 74. 基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究 75. 机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统 76. 基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究77. 基于单片机系统的网络通信研究与应用 78. 基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究79. 基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究 80. 基于双单片机冲床数控系统的研究与开发 81. 基于Cygnal单片机的C/OS-的研究82. 基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究 83. 基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现 84. 变频调速液压电梯单片机控制器的研究 85. 基于单片机-免疫计数器自动换样功能的研究与实现 86. 基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现 87. 单片机嵌入式以太网防盗报警系统 88. 基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现 89. 单片机监测系统在挤压机上的应用 90. MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用 91. 基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现与应用92. 单片机在高楼恒压供水系统中的应用 93. 基于ATmega16单片机的流量控制器的开发 94. 基于MSP430单片机的远程抄表系统及智能网络水表的设计95. 基于MSP430单片机具有数据存储与回放功能的嵌入式电子血压计的设计 96. 基于单片机的氨分解率检测系统的研究与开发 97. 锅炉的单片机控制系统 98. 基于单片机控制的电磁振动式播种控制系统的设计 99. 基于单片机技术的WDR-01型聚氨酯导热系数测试仪的研制 100. 一种RISC结构8位单片机的设计与实现 101. 基于单片机的公寓用电智能管理系统设计 102. 基于单片机的温度测控系统在温室大棚中的设计与实现103. 基于MSP430单片机的数字化超声电源的研制 104. 基于ADC841单片机的防爆软起动综合控制器的研究105. 基于单片机控制的井下低爆综合保护系统的设计 106. 基于单片机的空调器故障诊断系统的设计研究 107. 单片机实现的寻呼机编码器 108. 单片机实现的鲁棒MRACS及其在液压系统中的应用研究 109. 自适应控制的单片机实现方法及基上隅角瓦斯积聚处理中的应用研究110. 基于单片机的锅炉智能控制器的设计与研究 111. 超精密机床床身隔振的单片机主动控制 112. PIC单片机在空调中的应用 113. 单片机控制力矩加载控制系统的研究 项目论证，项目可行性研究报告，可行性研究报告，项目推广，项目研究报告，项目设计，项目建议书，项目可研报告，本文档支持完整下载，支持任意编辑！选择我们，选择成功！项目论证，项目可行性研究报告，可行性研究报告，项目推广，项目研究报告，项目设计，项目建议书，项目可研报告，本文档支持完整下载，支持任意编辑！选择我们，选择成功！单片机论文，毕业设计，毕业论文，单片机设计，硕士论文，研究生论文，单片机研究论文，单片机设计论文，优秀毕业论文，毕业论文设计，毕业过关论文，毕业设计，毕业设计说明，毕业论文，单片机论文，基于单片机论文，毕业论文终稿，毕业论文初稿，本文档支持完整下载，支持任意编辑！本文档全网独一无二，放心使用，下载这篇文档，定会成功！20