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自动控制原理课程设计报告~单位负反馈系统设计校正

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1、审定成绩:期窗理工尊皖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电子科学与技术2011.12学号指导老师杜健荣设计时间一、设计题目3二、设计目的和要求31、设计目的32、设计要求3三、设计总体思路4四、详细设计步骤4五、设计总结12六、参考文12自动控制原理课程设计一、设计题目设单位负反馈系统的开环传递函数为用相应的频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：相角裕度丫工450；(2) 在单位斜坡输入下的稳态误差e 005 ；系统的剪切频率-c20,所以此次取定K=21。(2) 将k值代入原函数并令s=jw，得系统的开环频率特性为G (jw) =21/jw (jw+1)0(3) 此次选择滞后校正对系统进行校正。利用Matalab画出校正前系统的伯德图如图一：源代码：no二21;do二0.02 0.3 1 0;syso 二tf( no,do);margin(syso);grid运行结果：相角裕量Pm = - 8.74截止频率Wcp = 8.32(4) 根据滞后校正装置的最大幅值和原系统在w 上的幅值相等条件，求出bc和T值并确定

2、校正装置的传递函数。(5) 研究已校正系统的伯德图，检查全部性能指标是否满足要求。图一2、详细设计I、校正前的系统分析(1) 单位阶跃响应分析源代码：G=t f(21,0.02 0.3 1 0 );G1二feedback(G,1);t=0:0.01:5;step(G1 ,t) ;gridxlabel ( t) ;ylabel( c(t);title( 校正前单位阶跃响应)；在Matlab中运行得到单位阶跃响应图如图二ILIpn 七Q.Time (sec)图二校正前单位阶跃响应由图二可知，系统在单位阶跃输入下，开始时振荡比较大，超调量也比较大，系统的动态性能不佳。(2) 开环传递函数bode图分析由图一可看出，相角裕量Y =17.5截止频率w=2.46rad/s。此时相角裕c量不符合要求。II、系统校正过程(1) 根据相角裕量Y $45。的要求，再考虑到串接滞后校正装置的相角滞后，从未校正系统的频率特性曲线图1上，找出对应相角一180。+ (45。+5。)= -130处的频率w 2.46rad/s。w 将作为校正后系统的增益交界频cc率。(2) 确定滞后装置的传递函数G = (1+aT

3、s)/(1+Ts)c 根据滞后校正装置的最大幅值和原系统在w 上的幅值相等条件，求出ca值。在w=w 处，从未校正的对数幅频特性曲线上求得：c c20lg|G (jw )|=17.5dB0c再由 20lg 1/a=17.5dB 计算出 a=0.133 由 1/ (aT) =1/10 w 所以当 w 2.46rad/sa=0.133 时，可求得ccT=30.56s 将所求的a值和T值代入式得校正装置的传递函数为：G (s) = (1+4.06448s)/(1+30.56s)c利用Matlab画出校正装置的Bode图如图三源代码：G=tf(4.06448 1, 30.56 1);0margin(G );0Bode DiagramGm = Inf, Pm = -180 deg (at 0 radfeec)o10-2io110-3I:(ElpjaJwIELIdio3io1Frequency (rad/sec)图三校正装置bode图(3) 已校正后系统的开环传递函数为G (s) = G (s) G (s)0C=21(l+4.06448s)/s(0.1s+l) (0.2s+l) (l+30.56

4、s)利用Matalab画出校后系统的伯德图如图四源代码：nl=21;dl二0.02 0.3 1 0si二tf( n1,d1);s2=tf(4.06448 1, 30.56 1);s=s1*s2;Gm,Pm,Wcm,Wcp二margin(s)margin(s)EilllsLwlriLIdBode DiagramGm = 1 斗出日(at 6.84 rad/sec) , Pm = 45.2 deg (at 2.45 rad/sec)101010101io2io1Frequency (rad/sec)538L52210-3图四校正后bode图运算结果：相角裕量Pm =45.2截止频率Wcp =2.45III、校正后验证(1) 校正后伯德图分析由图三可知校正后的相角裕量Y =45.245o截止频率 w =2.45rad/s0.0229rad/s的频率范围内，滞后装置衰减了 G(jw)的幅值，使系统的w左移到w ，使系统的快速性下降。cc五、设计总结本次设计是我是运用了滞后校正装置控制系统。在自动控制原理课程中校正系统有多种形式，特定的情况需要使用特定的校正装置，通过学习，我们应能够正确的将合适的校正装置应用于给定的系统，而本次课程设计三种方法都是可以的。而本次设计中主要运用的是MATLAB，之前虽然接触过但是对它的运用不怎么熟悉，通过这次课程设计，使我对MATLAB的运用有了进一步的了解。此次课程设计也进一步的培养了我们的动手能力，课堂学习主要注重于理论知识，而我们要将所学知识应用于实际，在此阶段，课程设计便是最好的选择了，通过课程设计，我们可以温习我们所学的理论知识，同时为将理论知识运用于实际搭建了一个很好的平台，不仅如此，通过这次的课程设计，使我知道了在当今的信息技术如此发达的世界中，我们必须运用多种渠道，去学习研究。并要很好的运用计算机和一些软件，只有这样，我们才能更好地、精确地、快速地解决问题。还有就是提高了自主解决问题的能力。六、参考文献1 杨庚辰.自动控制原理西安电子科技大学出版社.1994.42 朱衡君.MATLAB语言及实践教程（第二版）.清华大学出版社.2009.83 张静.MATLAB在控制系统中的应用.电子工业出版社.2007

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