自动控制系统课程设计---单位负反馈系统的校正设计.doc

成绩评定： 自 动 控 制 系 统 课 程 设 计课题名称 单位负反馈系统的校正设计专 业 自动化 班 级 xxxxx 学 号 xx 姓 名 xxx 所在院系 电子工程学院 完成日期 2012年12月21日 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43.1校正前系统分析43.2校正方法63.3校正装置63.4校正后系统分析7四、课程设计小结与体会10五、参考文献11一 、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、稳态误差和穿越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： 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：1) 相角裕度：2) 在单位斜坡输入下的稳态误差为： 3) 截止频率不低于7.52.2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结构图3.1校正前系统分析校正前系统的开环传递函数为：（求解过程：，式中是系统的开环增益。系统的稳态误差为，取=16） 校正要求:1）相角裕度：2）在单位斜坡输入下的稳态误差为： 3）截止频率不低于7.5 (3)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(16,1,1,0); feedback(G,1); step(ans,30)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。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(16,1 1 0);% 系统模型bode(G) % 绘制系统的Bode图校正前bode图 3.2校正方法 采用校正方法为：超前校正法 3.3校正装置（1）求校正装置的参数。 gm,pm,wp,wc=margin(G)求得：在校正前的bode图中找到-14.3944db的点如图所示: 校正装置结构图如下： 利用MATLAB 绘画校正装置的bode图程序如下：s=tf(s);G=(0.5749*s+1)/(0.0209*s+1); % 系统模型bode(G) % 绘制系统的Bode图校正装置Bode图如下：校正装置Bode图3.4校正后系统分析校正后的幅频特性：程序如下：s=tf(s);G1=(16*(0.5749*s+1)/(s*(s+1)*(0.0209*s+1);bode(G1)校正后的bode图 Gm,Pm,Wp,Wc=margin(G1)Gm =Inf Pm =74.6524 Wp =Inf Wc =9.1425可以看出校正后系统的裕度为74.6524，截止频率为9.1425，全部满足要求。2）利用MATLAB 绘画系统校正前后的单位阶跃响应图程序： s=tf(s);G1=(16*(0.5749*s+1)/(s*(s+1)*(0.0209*s+1);G=tf(16,1 1 0);G2=feedback(G,1);G3=feedback(G1,1);step(G2,G3)3）利用MATLAB 绘画系统校正前后的单位阶跃响应图 s=tf(s);G1=(16*(0.5749*s+1)/(s*(s+1)*(0.0209*s+1);G=tf(16,1 1 0);G2=feedback(G,1);G3=feedback(G1,1);step(G2,G3)图形：4、 课程设计小结与体会 通过这次课程设计，我学到了不少知识，特别是自控的理论知识有重新回顾了一遍，通过用matlab软件设计控制系统，非常快捷方便，但同时设计的过程中也遇到了一些大大小小的问题，最终通过跟同学的合作，和老师的指导完成了要求的设计指标，总之通过这次实训学到了不少东西。五、参考文献1 自动控制原理，杨庚