2022年基于Matlab的自动控制系统设计与校正课程设计.docx

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1、精品学习资源自动掌握原理课程设计设计题目：基于 Matlab 地自动掌握系统设计与校正欢迎下载精品学习资源目录第一章 课程设计内容与要求分析11.1 设计内容11.2 设计要求11.3 Matlab 软件21.3.1 基本功能21.3.2 应用2其次章 掌握系统程序设计42.1 校正装置运算方法42.2 课程设计要求运算4第三章利用 Matlab 仿真软件进行帮助分析63.1 校正系统地传递函数63.2 用 Matlab 仿真63.3 利用 Matlab/Simulink求系统单位阶跃响应103.2.1 原系统单位阶跃响应103.2.2 校正后系统单位阶跃响应113.2.3 校正前、后系统单位

2、阶跃响应比较123.4 硬件设计133.4.1 在运算机上运行出硬件仿真波形图14课程设计心得体会15参考文献17欢迎下载精品学习资源1.1 设计内容 针对二阶系统第一章 课程设计内容与要求分析欢迎下载精品学习资源W sKs s1 ，欢迎下载精品学习资源利用有源串联超前校正网络（如下列图）进行系统校正.当开关S 接通时为超前校正装置，其传递函数欢迎下载精品学习资源Wc sTs1KcTs1 ，欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源其中KR 2R 3cR1，1R 2R 3R 4 R 21R 3 ， TR 4C，欢迎下载精品学习资源“-”号表示反向输入端.如 Kc=1 ，且开关 S 断开，该装置相

3、当于一个放大系数为1 地放大器（对原系统没有校正作用）.R2R3SR4CR1ur+ucR0欢迎下载精品学习资源1.2 设计要求1） ）引入该校正装置后，单位斜坡输入信号作用时稳态误差止频率弧度/ 秒，相位裕量；452） 依据性能指标要求，确定串联超前校正装置传递函数；e0.1 ，开环截欢迎下载精品学习资源3） 利用对数坐标纸手工绘制校正前、后及校正装置对数频率特性曲线；4） 设校正装置 R1=100K ，R2=R3=50K ，依据运算结果确定有源超前校正网络元件参数 R4、C 值；5 ） 绘 制 引 入 校 正 装 置后 系 统 电 路 图 （ 设 给 定 地 电 阻 和 电 容 ： R=10

4、0K ，欢迎下载精品学习资源、如干个）；6） 利用 Matlab 仿真软件帮助分析，绘制校正前、后及校正装置对数频率特性曲线,并验算设计结果；7） 在 Matlab-Simulink下建立系统仿真模型，求校正前、后系统单位阶跃响应特性，并进行系统性能比较；8） ）利用自动掌握原理试验箱完成硬件设计过程，包括：搭建校正前后系统电路、输入阶跃信号并通过示波器观看校正前后系统输出响应曲线.1.3 Matlab 软件1.3.1 基本功能MATLAB是由美国 mathworks 公司发布地主要面对科学运算、可视化以及交互式程序设计地高科技运算环境.它将数值分析、矩阵运算、科学数据可视化以及非线性动态系统

5、地建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用地视窗环境中，为科学讨论、工程设计以及必需进行有效数值运算地众多科学领域供应了一种全面地解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）地编辑模式，代表了当今国际科学运算软件地先进水平.MATLAB和 Mathematica 、Maple 并称为三大数学软件 .它在数学类科技应用软件中在数值运算方面首屈一指.MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算 法、创建用户界面、连matlab 开发工作界面接其他编程语言地程序等，主要应用于工程运算、掌握设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域

6、.MATLAB地基本数据单位是矩阵，它地指令表达式与数学、工程中常用地势式特别相像，故用MATLAB来解算问题要比用C， FORTRAN等语言完成相同地事情 简捷得多，并且MATLAB也吸取了像 Maple 等软件地优点，使MA TLAB成为一个强大地数学软件 .在新地版本中也加入了对C， FORTRAN ， C+ ， JAVA 地支持 .可以直接调用 ,用户也可以将自己编写地有用程序导入到MATLAB函数库中便利自己以后 调用，此外很多地MA TLAB爱好者都编写了一些经典地程序，用户可以直接进行下载就可以用 .1.3.2 应用1、MA TLAB产品族可以用来进行以下各种工作：数值分析数值和

7、符号运算欢迎下载精品学习资源工程与科学绘图掌握系统地设计与仿真数字图像处理技术数字信号处理技术通讯系统设计与仿真财务与金融工程2、MA TLAB在通讯系统设计与仿真地应用MA TLAB地应用范畴特别广，包括信号和图像处理、通讯、掌握系统设计、测试和测量、财务建模和分析以及运算生物学等众多应用领域.附加地工具箱（单独供应地专用 MATLAB函数集）扩展了MA TLAB环境，以解决这些应用领域内特定类型地问题 .欢迎下载精品学习资源2.1 校正装置运算方法设超前校正装置传递函数为：其次章 掌握系统程序设计欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源WcsTs1T s1d， rd1欢迎下载精品学习资源如

8、校正后系统地截止频率，原系统在处地对数幅值为， 就：Lc 10lgd欢迎下载精品学习资源由此得：L c 欢迎下载精品学习资源d1010T1dcd1d欢迎下载精品学习资源由T2.2 课程设计要求运算解答过程：对于型系统，得时间常数 T 为：c欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源得 kk10故取 K=10.k10 ，e sse10.1kk欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源因此要求c4.4 取：c4.4 s10ss1欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源就有 L c +10lg rd=0.即 20lg10-20lgc -20lgc +10lg rd=010 5.744rd10欢迎下载精品

9、学习资源其相位欲度：wc 11 r dTr dTr d2c 4.40.45.欢迎下载精品学习资源cs140.45s10.454s1100.45s1s s1 0.45s1R2 R3R4 R3R2 45010050R43R48.3T= k40.4548.3 1030.014 10 3 F14 F校正后传递函数：1D=因此C欢迎下载精品学习资源第三章 利用 Matlab 仿真软件进行帮助分析3.1 校正系统地传递函数设：原系统传递函数为欢迎下载精品学习资源W sKs sa ，欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源校正装置传递函数为Wc sbs1cs1 ，欢迎下载精品学习资源就校正后传递函数为欢迎下

10、载精品学习资源W sW sWc sKssbs1a cs1欢迎下载精品学习资源3.2 用 Matlab 仿真num=10 ；den=1,1,0 ；W=tfnum,den ；% 求原系统传递函数Ws bodeW ；% 绘制原系统对数频率特性marginW ；% 求原系统幅值裕度、相位裕度、相位穿越频率和幅值穿越频率Gm,Pm,wj,wc=marginW；grid ；% 绘制网格线令 a=1:进行仿真，得到下图：校正前系统伯德图欢迎下载精品学习资源Bode DiagramGm = Inf dB at Inf rad/sec , Pm = 18 deg at 3.08 rad/sec欢迎下载精品学习资

11、源d Bed utin gaMgedsea h P100500-50-100-90-135欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源-180-2-11010Frequency 10ra0d/sec121010欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源numc=b,1 ；denc=c,1 ；图 3-1 校正前系统伯德图欢迎下载精品学习资源Wc=tfnumc,denc ；% 求校正装置传递函数Wcs bodeWc ；% 绘制校正装置对数频率特性grid ；% 绘制网格线（该条指令可有可无）已知求得： b=1/2.412 （ 0.46） ,c=1/7.236. 进行仿真得下图：系统校正装置伯德图.欢迎下

12、载精品学习资源Bode Diagram15dB10 eidutn ga5M04030dg ese20a h P10欢迎下载精品学习资源0-101010123101010欢迎下载精品学习资源numh=convnum,numc ；denh=convden,denc ；Frequency rad/sec图 3-2 系统校正装置伯德图欢迎下载精品学习资源Wh=tfnumh,denh ；% 求校正后系统传递函数bodeWh ；% 绘制校正后系统对数频率特性marginWh ；%求校正后系统幅值裕度、相位裕度、相位穿越频率和幅值穿越频率Gm,Pm,wj,wc=marginWh；grid ；% 绘 制 网

13、格 线 （ 该 条 指 令 可 有 可 无欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源100Bode DiagramGm = Inf dB at Inf rad/sec , Pm = 50.1 deg at 4.42 rad/sec欢迎下载精品学习资源dB eidutn g aMdg ees ah P500-50-100-90-135欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源-180-2-11010Freq1u0e0ncy rad/s1e0c1231010欢迎下载精品学习资源图 3-3 校正后系统伯德图bodeW,: ；% 绘制原系统对数频率特性hold on ；% 保留曲线，以便在同一坐标系内绘制

14、其他特性bodeWc,-. ；% 绘制校正装置对数频率特性hold on ；% 保留曲线，以便在同一坐标系内绘制其他特性bodeWh ；% 绘制校正后系统对数频率特性grid ；% 绘制网格线（该条指令可有可无）欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源d Beidutn g aM100500-50Bode Diagram欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源-100450dg e-45sea-90hP-135-180-2-10101010123101010欢迎下载精品学习资源Frequency rad/sec图 3-4 校正前、后校正装置伯德图3.3 利用 Matlab/Simulink求系

15、统单位阶跃响应3.2.1 原系统单位阶跃响应原系统仿真模型如图3-5 所示 .图 3-5 校正前系统图系统运行后，其输出阶跃响应如图3-6 所示：欢迎下载精品学习资源图 3-6 校正前输出阶跃响应曲线3.2.2 校正后系统单位阶跃响应校正后系统仿真模型如图3-7 所示：图 3-7 矫正后系统图系统运行后，其输出阶跃响应如图3-8 所示：欢迎下载精品学习资源图 3-8 校正后系统阶跃响应波形图3.2.3 校正前、后系统单位阶跃响应比较仿真模型如图3-9 所示：图 3-9 校正前、后系统仿真模型欢迎下载精品学习资源系统运行后，其输出阶跃响应如图3-10 所示：图 3-10 校正前、后系统输出阶跃响

16、应波形图3.4 硬件设计绘制硬件校正装置原理图：图 3-11 硬件校正装置原理图欢迎下载精品学习资源3.4.1 在运算机上运行出硬件仿真波形图未校正系统硬件波形：图 3-12 未校正系统硬件仿真波形图校正后系统硬件波形：图 3-13 校正后系统硬件波形图欢迎下载精品学习资源课程设计心得体会通过自动掌握原理课程设计，加强了我们动手、摸索和解决问题地才能 .这个方案使用了 Matlab 软件，使我们有把握了一个软件地应用.我觉得做课程设计同时也是对课本学问地巩固和加强，由于课本上地学问太多，平常课间地学习并不能很好地懂得和运用各个原理地功 能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们明白了

17、很多原理地功能 . 平常看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了 .而且仍可以记住很多东西.熟悉来源于实践，实践是熟悉地动力和最终目地，实践是检验真理地唯独标准.所以这个期末地课程设计对我们地作用是特别大地.我想说，设计的确有些困难，但苦中也有乐，在如今单一地理论学习中，很少有机会能有实践地机会.或许有人不喜爱这类地工作，或许有人认为设计地工作有些枯燥，但我认为无论干什么，只要仔细去做，一定会有好结果地 .对我们而言，学问上地收成重要，精神上地丰收更加可喜.挫折是一份财宝，经受是一份拥有.虽然不是第一次做课程设计了，但是设计地过程中遇到问题，可以说得是困难重重，难免会遇

18、到过各种各样地问题，同时在设计地过程中发觉了自己地不足之处，对以前所学过地学问懂得得不够深刻，把握得不够坚固 .这次课程设计最终顺当完成了，在设计中遇到了很多专业学问问题，通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要地，只有理论学问是远远不够地，只有把所学地理论学问与实践相结合起来， 从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己地实际动手才能和独立摸索地才能 .同时，在老师地身上我们学也到很多有用地学问，在次我们表示感谢！同时，对给过我帮忙地全部同学和各位指导老师再次表示忠心地感谢！此次课程设计，学到了很多课内学不到地东西，比如独立摸索解决问题，显现差错地随机应变.在此，感谢于老师

19、地细心指导，也同样感谢其他各组同学地无私帮欢迎下载精品学习资源助！欢迎下载精品学习资源参考文献【1】 胡寿松自动掌握原理，第6 版，科学出版社，2021.3【2】 王正林、王胜开MATLAB/Simulink与掌握系统仿真，第3版，电子工业出版社， 2021.1【3】 张静 MA TLAB在掌握系统中地应用，电子工业出版社，2007【4】 张聚基于 MATLAB地掌握系统仿真及应用，第1 版，电子工业出版社， 2021.9【5】 薛定宇掌握系统仿真与运算机帮助设计，机械工业出版社，2005【6】 王广雄掌握系统设计，清华高校出版社，2005评语及成果欢迎下载精品学习资源评分评分标准量化工程分数1. 理论 分 析 计很强较一较不20算才能强般差行2. 仿 真 设 计 才能很强较强一般较差不行203. 硬 件 设 计 能很强较强一较不20力般差行4. 设 计 报 告 规范程度范干净正确杂乱有错误205.设计态度积 极 主动比认较应对不 仔细10真6.出勤情形全勤缺勤10次数附加量化总分评语指导老师：成果：欢迎下载