自动控制原理课程设计报告--典型三阶系统(共8页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上 课程设计报告课程编号j课程名称自动控制原理课程设计学生姓名唐柱宽所在班级自动化1123联系电话实施地点钟海楼04004起止时间2014.12.08-2014.12.12指导教师徐今强职称副教授一、课程设计的意义通过课程设计，使得我们对课堂所学自动控制原理的基本理论知识加深理解和应用，熟练掌握利用计算机辅助分析的方法，进一步增强学生的分析问题和解决问题的能力。同时学习和掌握典型高阶系统动态性能指标的测试方法；分析典型高阶系统参数对系统动态性能和稳定性的影响；掌握典型系统的电路模拟和数字仿真研究方法。二、课程设计的内容图1 典型三阶系统的结构方框图图1 典型三阶系统结构

2、方框图已知典型三阶系统的结构方框图如图1所示：其开环传递函数为，本实验在此开环传递函数基础上做如下实验内容：1 典型三阶系统电路模拟研究；2 典型三阶系统数字仿真研究；3 分析比较电路模拟和数字仿真研究结果。三、课程设计的要求:Step1根据给出的三阶开环系统传递函数 ，设计一个由积分环节 和惯性环节 与 组成的三阶闭环系统的模拟电路图；Step 2在输入端加入阶跃信号，其幅值为3V左右，输入、输出端分别接双踪示波器两个输入通道；Step3单方向调节电位器（即改变开环增益），使系统的输出响应分别为稳定状态、临界稳定状态和不稳定状态，记录对应的电位器的电阻值，同时观察并记录输出波形，了解参数变化

3、对系统稳定性的影响；Step4调节电位器，使系统处于稳定状态，观察示波器读出系统稳定时的输出电压值，读出系统的超调量、调节时间和稳态误差并记录，测量时，输入电压值保持不变；Step5保持电位器不动（增益不变），改变三环节时间常数T0，T1，T2，观察时间参数改变对系统动静态性能的影响，并记录对应的响应曲线；Step6调用数字仿真软件Matlab中的Simulink，完成上述典型系统的动静态性能研究，并与模拟电路的研究结果相比较；Step 7分析结果，完成课程设计报告四、仿真结果A.电路模拟研究：1、设计的模拟电路及说明该系统开环传递函数为 其中T0=10u*100k=1S；T1=1u*100k

4、=0.1S；T2=1u*500k=0.5S；K1=100k/100k=1；K2=500/Rx；即 其中，K=500/Rx，Rx的单位为kW。系统特征方程为 ，根据劳斯判据得到：当0K12时，系统不稳定。根据K求取Rx，改变Rx即可实现三种类型的实验。画出它们分别对应系统处于稳定、临界稳定和不稳定的三种情况响应曲线。事实上，除了开环增益K对系统的动态性能和稳定性有影响外，系统中任何一个时间常数的变化对系统的稳定性都有影响，对此说明如下：令系统的截止频率为wc，则在该频率时的开环频率特性的相位为： 相位裕量为： 由此可见，时间常数T1和T2的增大都会使相位裕量减小，改变系统的稳定性。2、模拟电路仿

5、真研究结果(1)K=10， T0=1，Tl=0.1， T2=0.5 (2)K=12， T0=1，Tl=0.1， T2=0.5 (3)K=15， T0=1，Tl=0.1， T2=0.5 (4)K=10，T0=0.55，Tl=0.25，T2=0.055 (5) K =15，T0=0.55，Tl=0.25，T2 =0.15 (6)K=15，T0=0.55，Tl=0.25，T2=0.55B数字仿真研究：(1)K=10， T0=1，Tl=0.1， T2=0.5仿真图：仿真波形： 实验数据：最大超调量调节时间稳态误差0.8523.01S0.005(2)K=12， T0=1，Tl=0.1， T2=0.5仿真

6、图：仿真波形： 实验数据：最大超调量调节时间稳态误差0.729.79S0.002(3)K=15， T0=1，Tl=0.1， T2=0.5 仿真图：仿真波形： 实验数据：最大超调量调节时间稳态误差0.729.79S0.002(4)K=10，T0=0.55，Tl=0.25，T2=0.055 仿真图：仿真波形：实验数据：最大超调量调节时间稳态误差0.8411.56S0.004(5) K =15，T0=0.55，Tl=0.25，T2 =0.15仿真图：仿真波形：实验数据：最大超调量调节时间稳态误差0.709.84S0.003 (6)K=15，T0=0.55，Tl=0.25，T2=0.55仿真图：仿真波

7、形：实验数据：最大超调量调节时间稳态误差0.709.84S0.003五、电路模拟和数字仿真研究结果分析和比较通过两个软件的仿真，可得到当改变T0、T1、T2时，会改变系统的稳定性，例如在步骤（1）和（3）的仿真图中三个值都改变了，虽然波形大体上很相似，但是超调量和调节时间都已经改变了，当T0、T1、T2都减小时，超调量和调节时间都减小了。在步骤（5）中K=15，这表明了系统已经在离散状态，稳定K、T0、T1,而改变T2时，当T2逐渐增大时，即惯性慢慢增大，离散的形状也会变大。在步骤（6）的时候，是稳定T0、T1、T2而改变K，由图可看出，当0K12时，系统不稳定。六、课程设计总结：本次自控课程

8、设计主要是进行典型三阶系统数字和模拟仿真研究。此次仿真中主要是利用比例环节，积分环节和惯性环节进行三阶系统的设计，再结合一个比例环节进行反馈。通过综合设计，让我对课堂所学自动控制原理的基本理论知识加深理解和应用，学会了利用计算机辅助分析的方法，进一步增强自己的分析问题和解决问题的能力。同时，也掌握典型高阶系统动态性能指标的测试方法；分析典型高阶系统参数对系统动态性能和稳定性的影响；知道了典型系统的电路模拟和数字仿真研究方法。当然，由于时间问题，没有进行实物仿真，只是用软件进行了模数模拟，不过整体效果达到了此次实验的仿真要求，完成了本次综合试验的要求。通过这次自动控制原理课程设计，加强了我们动手

9、、思考和解决问题的能力。这个方案使用了Matlab和Proteus软件，使我们有掌握了一个软件的应用。 我觉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个原理的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多原理的功能。平时看课本时，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。而且还可以记住很多东西。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。所以这个期末的课程设计对我们的作用是非常大的。 我想说，设计确实有些困难，但苦中也有乐，在如今单一的理论学习中，很少有机会能有实践的机会。也

10、许有人不喜欢这类的工作，也许有人认为设计的工作有些枯燥，但我认为无论干什么，只要认真去做，一定会有好结果的。对我们而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。挫折是一份财富，经历是一份拥有。虽然不是第一次做课程设计了，但是设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，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的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。专心-专注-专业