自动控制原理课程设计报告模板.docx
自动控制原理课程设计报告模板 自动控制原理课程设计 专业班级：航空航天工程 学生姓名：赵振岩张震欧超 学号：420514011242051401114205140113指导教师：时伟 （课程设计时间：2022年2022年第一学期） 航空航天学院 目录 一、设计目的和要求 (3) 1设计目的 (3) 2设计要求 (3) 二、课程设计题目描述和要求 (3) 三、课程设计报告内容 (3) 1理论分析.错误！未定义书签。 2实验步骤.错误！未定义书签。 3结果分析.错误！未定义书签。 四、总结 (6) 报告正文部分： (要求：正文部分一律用小四号字，宋体，1.5倍行距。一级大标题靠左，加粗。二级大标题靠左，不加粗。) 一、设计目的和要求 1设计目的 1）培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。 2）培养学生运用所学知识，利用MATLAB这软件解决控制理论中的复杂和工程实际问题。 3）提高学生课程设计报告撰写水平。 4）培养学生文献检索的能力。 2设计要求 1）熟悉MATLAB语言及Simulink仿真软件。 2）掌握控制系统的时域分析，主要包括系统的各种响应、性能指标的获取、零极点对系统性能的影响、高阶系统的近似研究，控制系统的稳定性分析，控制系统的稳态 误差的求取。 3）掌握控制系统的根轨迹分析，主要包括多回路系统的根轨迹、零度根轨迹、纯迟延系统根轨迹和控制系统的根轨迹分析。 4）掌握控制系统的频域分析，主要包括系统Bode图、Nyquist图、稳定性判据和系统的频域响应。 5）掌握控制系统的校正，主要包括根轨迹法超前校正、频域法超前校正、频域法滞后校正以及校正前后的性能分析 二、课程设计题目描述和要求 三、课程设计报告内容 要求给出详细的理论分析、实验步骤、结果分析 示例（以下小标题根据情况自己设定） 1系统概述MATLAB是美国Math works公司推出的一套高性能的数值分析和计算软件。MATLAB名字由MAT rix和LAB oratory两词的前三个字母组合而成。1984 年推向市场以来，历经二十多年的发展与竞争，现已成为国际公认的最优秀的工程应用开发环境。它将矩阵运算、数值分析、图形图像处理、仿真实验、编程技术结合在一起，为用户提供了强有力的科学及工程问题分析、计算和设计工具。数值计算和符号计算功能 MATLAB以矩阵作为数据操作的基本单位，提供了十分丰富的数据计算函数。MATLAB 和著名的符号计算语言Maple相结合，使得MATLAB具有符号计算功能。 绘图功能 MATLAB提供了众多的绘图操作，如二维、三维简单图像和复杂图像的绘制；另外MATLAB还可以用于设计图形用户界面，提供人机交互工作环境。 编程语言 MATLAB具有程序结构控制、函数调用、数据结构、输入输出等程序语言的特征，而且简单易学、编程效率高。MATLAB工具箱MATLAB除基本部分外还提供各种可选的工具箱。MATLAB工具箱分为两大类：功能性工具箱和科学性工具箱。 MATLAB系统包含五个主要部分： MATLAB开发环境； MATLAB数学函数库； MATLAB语言； MATALB图形处理系统； MATLAB应用程序接口（API） Math works公司的网址如下。 www网址： 匿名FTP服务： .ftp. 的影像站点：Novell.felk.cvut.cz 新闻组：comp.soft-sys.matlab. www及FTP的internet IP地址：141.212.100.10Math works 公司的技术服务联系方式如下。技术支持：support ?BUG报道：bugs 文件库：matlib 2串联滞后的概念之后校正设计是指利用校正器对数幅频特性曲线具有负斜率（即幅频曲线的渐近线与横坐标夹角的tan值小于零）的区段及其相频特性曲线具有负相 移（即相频曲线的相角值小于零）区段的系统校正设计。这种设计方法的突出特点是校正后系统的剪切频率比校正前的小，系统的快速性能变差，但系统的稳定性能却得到提高。可见，在系统快速性要求不是很高，而稳定性与稳态精度要求很高的场合，滞后校正设计方案 3串联滞后设计应用频率法确定滞后校正参数的步骤： 1、根据稳态性能指针，绘制未校正系统的波德图 2、选择滞后校正后的截止频率c 3、确定滞后校正参数 4、确定滞后校正的参数T1 5、写出滞后传递函数 6、绘制校正后的伯德图，检验性能指针 4理论分析 1、首先确定开环增益K。由于1040)(lim sKssGKsv 2、未补偿系统开环传递函数应取： )12.0)(10625.0(40)(ssssG手工画出未补偿系统的对数幅频渐近特性曲线：如图（1）所示 （1）确定各环节转折频率，依次标注在轴上：惯性环节1： 52.011 2惯性环节2 ：160625.012 （2）作L()渐近线起始段，由G(s)可知40,1Kv，作 出)04.3240lg20lg20,1(dBK的点，直接作出L（）的斜率为-20dB/dec 的起始段。 （3）在51（惯性节点转折频率）处，L()的斜率增加-20dB/dec，由-20dB/dec 变为-40dB/dec。 （4）在162（惯性节点转折频率）处，L()的斜率增加-20dB/dec，由-40dB/dec 变为-60dB/dec。 (5)画出校正前Bode图渐近线的程序代码：（调用了渐近线求法的子函数 bd_asymp2，子函数见附录） 3、未补偿系统的性能：由图（1）中可知未补偿系统的14.5rad/s='c，算出未 补偿系统的相角裕度为， 23'0625.0arctan'2.0arctan90cc说明待校正系统不 稳定，而且穿越频率过大。在这种情况下，采用串联超前校正是无效的。可以证明，但超前网络的值取到100时，系统的相角裕度不能超过40°，而且截止频率会继续加大。考虑本题对截止频率没有要求，故选用串联滞后校正可以满足需要的性能指标。 4、根据期望的相角裕度50''，求出校正后的穿越频率c''，由公 式)''()'('''ccc，在确定前)''(cc可取6°，求出 56)'('c。 5、根据求出的)'('c，通过球相角裕度公式， ccc''0625.0arctan''2.0arctan90)'('使用试探法，解得 srad/4.2''c7、确定滞后网络参数B和T。当srad/4.2''c，由图（2）可以测得 424.5dB)('L'c，再由)('-L'20logbc，解得0.06b。 令cbT''1.01，求得sT03.70。于是串联滞后校正网络对数幅频渐近特性曲线如图（2）中)(Lc所示，其传递函数为： ss TsbTssG7012.4111)(校正后系统的对数幅频渐进特性曲线如图（2）中)('L'所示，其传递函数为 四、总结 要求给出详细的体会 参考文献 （空一行：以下文献仅供格式参考，请勿拷贝） 1付梦印,邓志红,张继伟.Kalman滤波理论及其在导航系统中的应用M.北京:科学 出版社,2022:92?94. 附录1完整程序 （空一行）
