2022年自动控制原理课程设计号 .pdf
成绩：自动控制原理课程设计报告学生姓名：胡文察班级：工业自动化 081 学号：200810844130 指导老师：刘芹设计时间： 2011-1-32011-1-4 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 12 页 - - - - - - - - - 目录一、 设计目的. 二、设计任务与要求. 1.设计任务 . 2.设计要求 . 三、设计方法及步骤. 1.设计方法 . 2.设计步骤 . 四、 课程设计小结及心得. 五、 参考文献. 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 12 页 - - - - - - - - - 一、校正设计的目的在大部分控制系统的基本部分，通常是对象、执行机构和测量元件等主要部件，已经确定的条件下，设计校正装置的传递函数和调整函数系统的放大系数，使系统的动态性能指标满足一定的要求，而校正装置通常是参数易于调整的专用装置，可以由电子器件组合而成，也可以用数学运算电路来实现。二、设计任务和要求1、设计任务已知单位负反馈系统被控制对象的开环传递函数10ssKsG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：（1）在单位斜坡信号作用下，系统的稳态误差radess151；（2）系统校正后，相位裕量45。（3）截止频率sradc/5 . 7。Matlab 软件输入代码得到当前如下图像 G0=tf(1,1 1 0) Transfer function: 1 - s2 + s margin(G0),grid; 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 12 页 - - - - - - - - - 2、设计要求：选 择 合 适 的 校 正 装 置 的 传 递 函 数G(s)， 使 得 校 正 函 数 与 传 递 函 数10ssKsG组成的控制系统形成的Bode 图变成期望的形状，从而保证闭环系统具有所要求的动态品质。三、设计方法及步骤1、方法运用频率域设计的基础到时开环对数频率特性曲线与闭环系统品质的关系，在设计时依据的指标是，等，因此在应用时首先需要把对应的闭环系统提出的性能指标，通过转换关系式，近似的用开环频域指标表示出来。CGsKS(S+1)名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 12 页 - - - - - - - - - 2、CGs 的设计和 K 调整步骤如下：根据稳态误差的要求调整K。未加校正时，系统在r tt 作用下的稳态误差，可由终值定理求出。1sseK因此要求radess151，就有15K。现取定 K=20。根据取定的K 值，作出未校正系统的开环渐进对数幅频特性和相频特性曲线。如下图：其中截止频率 wc =4.4165 相位裕量r0 =180 +（90arctan4.4165）= 12.7580 无论cw 与0均不能满足要求。同时得出此时系统的阶跃响应曲线如下 num1=20; 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 12 页 - - - - - - - - - den1=1 1 0; G1=tf(num1,den1) sys=feedback(G1,1); t=0:0.01:2.5; step(sys,r,t),grid; Transfer function: 20 - s2 + s 选取校正环节。由于满足稳态要求时，cw 与0均比期望的小，因此要求加入的CGs ，能使校正后的系统，截止频率和相稳定欲度同时增大，为此名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 12 页 - - - - - - - - - 选取相位超前校正。111caTsGsaTs校正环节CGs 中参数的确定。 式中传递函数中 a,T 待定。a、T 确定的原则是：最大相位超前角m发生在新的截止频率cw 处，这里7.5/cwrads。因此应有7.5mcwwrad s。由于要求7.5/cwrads ，故可在 w 轴右边邻近处取一点，例如9，作为校正后的截止频率cw ，则有c=9。在曲线上可知 w=9 时幅频特性是-12.7580dB,为了使 9 处成为校正后的截止频率，校正环节需在w=9 处提供12.7580dB 的增益。则有：10lg12.7580a19Ta由上两式可求出 a=16.6050，T=0.0273。则0.4528 s + 10.02727 s + 1cGs，m1 6. 6 0 5 01a r c s i n6 2 . 41 6. 6 0 5 01检验校正后的结果。加入CGs 后开环函数为：0332.1 (s+2.209)s (s+36.67) (s+1)cGs Gs首先写入程序得到校正后的阶跃响应图。 num1=332.1 733.6089; den1=1 37.67 1 0; G1=tf(num1,den1) sys=feedback(G1,1); 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 12 页 - - - - - - - - - t=0:0.01:2.5; step(sys,g,t),grid; Transfer function: 332.1 s + 733.6 - s3 + 37.67 s2 + s 编入代码，得出它所对应的图像如下图。 G1=zpk(-2.209,0,-36.67,-1,332.1) Zero/pole/gain: 332.1 (s+2.209) - s (s+36.67) (s+1) margin(G1),grid; 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 12 页 - - - - - - - - - 综合 校 正 钱校正 后 图像 ， 将它们 整 编 入同 一 图 像形成 Bode图，输入编码，得出如下图所示 G0=zpk(,-1 0,20) Zero/pole/gain: 20 - s (s+1) margin(G0),grid; h0,r0,wp,wc=margin(G0) h0 = Inf r0 = 12.7580 wp = Inf wc = 4.4165 wn=9; l=bode(G0,wn) l = 0.2454 Lwc=20*log10(l) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 12 页 - - - - - - - - - Lwc = -12.2024 a=10(-Lwc*0.1) a = 16.6050 T=1/(wn*sqrt(a) T = 0.0273 Gc=tf(a*T 1,T 1) Transfer function: 0.4528 s + 1 - 0.02727 s + 1 G=Gc*G0 Zero/pole/gain: 332.1 (s+2.209) - s (s+36.67) (s+1) bode(G0,g,G,r-),grid; h,r,wp1,wc1=margin(G) h = Inf r = 68.7640 wp1 = Inf wc1 = 9.0000 通过 MATLAB 软件计算，得出以上数据供参考。如下图像得出：由于 w=10 出相频特性曲线与180线之间距离比6小，这一影响是因为截止频率增大而产生的。故校正后的相稳定程度为180( 90arctan9)6268.34 45符合要求。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 12 页 - - - - - - - - - 校正前的电路图及超前校正微分环节如下所示名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 12 页 - - - - - - - - - 四、课程设计小结与心得关于本次设计的几个题目，首先浏览过后发现前面两道与书本例题大体相同，第三道则是关于首“1” ，尾“ 1”的转化问题，也就是需要确定真正的增益环节 K 的值，但当确定K 值以后，三道题基本只是代号入座了。首先，计算 K 值当然不成问题，在过程中最要命的是对Matlab 软件的操作不熟悉，其中对代码指令的应用极有问题，跟上课听老师讲得完全两码事，事实证明，听、想、做完全是三码事啊。当然幸亏有上课记录下来的例题，还有一些代码参考，跌跌撞撞，终于经过几次失败最终以成功告终。通过此次试验，我不但体会到了控制系统的进一步应用，更体会到了Matlab 软件的强大功能。其次，在设计过程中， 开始取值比较与给定值相差只有零点零几的误差，加上人工操作的误差， 这样作出来的图像达不到实际要求的标准。因此，更是重新作了一次图。最后，开始进行运算的一些数值与参数，原来都可以通过软件来实现，联想起来白耗了一些计算时间，渐渐发现东西用多了，对其便会有更进一步的了解。五、参考文献自动控制原理程鹏MATLAB 语言应用薛定宇控制系统仿真与计算机辅助设计薛定宇MATLAB 语言与自动控制系统设计魏新亮名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 12 页 - - - - - - - - -
