2022年自动控制原理课程设计范文 .pdf

《2022年自动控制原理课程设计范文 .pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年自动控制原理课程设计范文 .pdf（11页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、审定成绩：华北水利水电学院自 动 控 制 原 理 课 程 设 计 报 告题目：单位负反馈系统设计校正学生姓名班级院别专业学号指导老师设计时间2010.11 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 11 页 - - - - - - - - - 2 目录一 、设计目的- 3二、设计任务与要求- 32.1 设计任务 - 32.2 设计要求 - 3三、设计方法步骤及设计校正构图- 33.1 校正前系统分析- 33.2 校正方法 - 53.3 校正装置 - 63.4 校正后

2、系统分析- 8四、课程设计小结与体会- - 10五、参考文献- 11 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 11 页 - - - - - - - - - 3 一 、设计目的1.掌握控制系统的设计与校正方法、步骤。2.掌握对系统相角裕度、稳态误差和剪切频率以及动态特性分析。3.掌握利用 MATLAB 对控制理论内容进行分析和研究的技能。4.提高分析问题解决问题的能力。二、设计任务与要求2.1 设计任务设单位负反馈系统的开环传递函数为：)1()(ssKsG用相应的频

3、率域校正方法对系统进行校正设计，使系统满足如下动态和静态性能：1)相角裕度045；2)在单位斜坡输入下的稳态误差为1.0sse；3)系统的剪切频率小于7.5rad/s。2.2 设计要求1)分析设计要求，说明校正的设计思路（超前校正，滞后校正或滞后超前校正；2)详细设计（包括的图形有：校正结构图，校正前系统的Bode 图，校正装置的Bode图，校正后系统的Bode 图；3)用 MATLAB 编程代码及运行结果（包括图形、运算结果；4)校正前后系统的单位阶跃响应图。三、设计方法步骤及设计校正构图3.1 校正前系统分析校正前系统的开环传递函数为：)1()(ssKsG设计校正要求：045，1.0sse

4、，7.5rad/ sc由1kssek得：=10名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 11 页 - - - - - - - - - 4 所以，开环传递函数变为：10( )(1)G ss s校正前结构图1)单位阶跃响应分析在 MATLAB 中编写如下程序：G=tf(10,1 1 0); G1=feedback(G,1); t=0:0.01:5; step(G1,t); grid xlabel(t);ylabel(c(t); title(单位阶跃响应); 阶跃响应曲线

5、为：00.511.522.533.544.5500.20.40.60.811.21.41.61.8单位阶跃响应t (sec)c(t)由上图可以看出，系统在阶跃输入下还是可以稳定输出的，但是开始时振荡比较大，超调量也比较大，系统的动态性能不佳。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 11 页 - - - - - - - - - 5 2)利用 MATLAB 绘画未校正系统的bode 图在 MATLAB 中编写如下程序：G=tf(10,1 1 0); figure(1)

6、 margin(G); grid gm,pm,wg,wp=margin(G); 校正前 bode图-100-50050100Magnitude(dB)10-210-1100101102-180-135-90Phase(deg)Bode DiagramGm = Inf dB (at Inf rad/sec) , Pm = 18 deg (at 3.08 rad/sec)Frequency (rad/sec)由上图可知，相角欲度018，截止频率=3.08rad/ sc，幅值欲度为无穷大。 显然，此时系统的相角裕度不符合要求，故该系统需要校正。由于校正前系统已有一定的相角欲度，因此可以考虑引入串联超

7、前校正装置以满足相角欲度的要求。3.2 校正方法根据系统的性能，决定采用串联超前校正。用频域法设计超前网络的步骤如下：1)根据要求，确定开环增益K。2)利用已确定的开环增益，计算待校正系统的相角裕度。3)根据截止频率c的要求，计算和 T，令mc，以保证系统的响名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 11 页 - - - - - - - - - 6 应速度，并充分利用网络的相角超前特性。显然mc，成立的条件是：m10lgmccCLL根据上式不难求出值，然后由 =1/

8、T确定 T。4)验算已校正系统的相角裕度。由1m1sin1aa求得m，再由已知的c算出待校正系统在c时的相角欲度c。最后，按下式算出mc如果验算结果不满足指标要求，要重选m，一般使m增大，然后重复以上步骤。3.3 校正装置1)求校正装置的参数a。为了达到相角裕量要求，需要增加的超前相角为：4516.66.6 35且1 sin353.6951 sin35a2)根据所求出的a值计算出T。且m11/0.520aTT这 时 ， 校 正 前 装 置 的 幅 值 为10 lg5.68adB， 由 对 数 幅 值 曲 线 可 知5.02/crads，为了好的相角超前效果，选取校正后系统新的增益交界频率cm，

9、名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 11 页 - - - - - - - - - 7 则1/5.02/maTrads1/3.6955.020.104Ts3)根据所求出的a值和T值来确定校正装置。则校正装置传递函数：1 110.38413.695 10.104caTssGsaTss校正装置结构图如下：利用 MATLAB 绘画校正装置的bode图在 MATLAB 中编写如下程序：G=tf(0.11 1,0.104 1); figure(1) margin(G);

10、grid gm,pm,wg,wp=margin(G); 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 11 页 - - - - - - - - - 8 校正装置 Bode图如下：-12-10-8-6-4-20Magnitude(dB)10-1100101102010203040Phase(deg)Bode DiagramGm = Inf , Pm = -180 deg (at Inf rad/sec)Frequency (rad/sec)校正装置Bode 图由图知，相角

11、欲度018，截止频率=3.08rad/ sc，幅值欲度无穷大。显然， 此时系统的相角裕度不符合要求，故该系统需要校正。由于校正前系统已有一定的相角欲度，因此可以考虑引入串联超前校正装置以满足相角欲度的要求。3.4 校正后系统分析经超前校正后，系统开环传递函数为：010 10.3843.6951 10.104kcsGsGs Gss ss校正后结构图：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 11 页 - - - - - - - - - 9 1)利用 MATLAB 绘画

12、系统校正后的bode 图在 MATLAB 中编写如下程序：G=tf(3.8 10,0.38 4.08 3.69 0); figure(1) margin(G); grid gm,pm,wg,wp=margin(G); 校正后系统的 bode 图：-100-50050100Magni tude(dB)10-210-1100101102103-180-135-90Phase(deg)Bode DiagramGm = Inf dB (at Inf rad/sec) , Pm = 53.9 deg (at 1.74 rad/sec)Frequency (rad/sec)由上图可知，相角裕度53.945

13、，截止频率1.74/7.5/cradsrads。幅值欲度为无穷大，各项指标均满足设计要求。2)系统校正前后的单位阶跃响应对比图。在 MATLAB 中编写如下程序：G1=tf(10,1 1 0); 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 11 页 - - - - - - - - - 10 G2=feedback(G1,1); t=0:0.01:5; G3=tf(3.8 10,0.38 4.08 3.69 0); G4=feedback(G3,1); y1=step(

14、G2,t); y2=step(G4,t); plot(t,y1,-,t,y2);grid xlabel(t);ylabel(c(t); title(校正前后单位阶跃响应对比图); text(1.2,1.5,校正前 );text(0.8,1.0,校正后 ); 阶跃响应对比曲线：00.511.522.533.544.5500.20.40.60.811.21.41.61.8tc(t)校 正 前 后 单 位 阶 跃 响 应 对 比 图校 正 前校 正 后四、课程设计小结与体会在这次的课程设计之前，对于自控控制原理的相关知识，我们重新翻看好几遍以前的书本。在校正设计时候，在试取值时需要对校正原理较好的理

15、解才能取出合适的参数，期间我们也不是一次就成功，选了几次才选出比较合适的参数。这种不断尝试的经历让我们养成一种不断探索的科学研究精神，我想对于将来想从事技术行业的学生这是很重要的。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 11 页 - - - - - - - - - 11 每一次课程设计都会学到不少东西，这次当然也不例外。不但对自动原理的知识巩固了，也加深了对 MATLAB 这个强大软件的学习和使用。同时，通过这次期末的课程设计，使我认识到自己这学期对这门课程的学习还远远不够， 还没有较好地将书本中的知识较好地融合，这为我在以后的学习中敲了一记警钟。五、参考文献1 杨庚辰主编 . 自动控制原理. 西安电子科技大学出版社，2009. 2 黄忠霖编著 . 自动控制原理的MATLAB 实现 . 北京：国防教育出版社，2007 3 张德丰编著 . MATLAB控制系统设计与仿真. 北京：电子工业出版社，2009名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 11 页 - - - - - - - - -