自动控制超前校正课程设计.doc

1 大大 连连 海海 洋洋 大大 学学 课课 程程 设设 计计 报报 告告 纸纸 学院学院( ( 院系：院系：信息工程 专业班级专业班级: :自动化 09-1 姓名姓名: :学号学号: :090513 自动化专业课程设计报告自动化专业课程设计报告 自动控制原理课程设计自动控制原理课程设计 班班 级级 自动化 09-1 班 姓姓 名名 学学 号号 09051 时时 间间 2011-12-26 2011-12-30 地地 点点 电信实验中心软件机房 19 指指 导导 教教 师师 邓 长 辉、崔 新 忠 大大 连连 海海 洋洋 大大 学学 信信 息息 工工 程程 学学 院院 自自 动动 化化 教教 研研 室室 2 目目 录录 一、课程设计的题目与要求一、课程设计的题目与要求.1 二、课程设计的目的二、课程设计的目的.1 三、课程设计的内容与安排三、课程设计的内容与安排.1 四、课程设计的步骤四、课程设计的步骤.1 五、课程设计的心得与体会五、课程设计的心得与体会.7 六、参六、参考文考文献献8 3 超前校正课程设计超前校正课程设计 一、一、 课程设计设计题目：课程设计设计题目： 已知单位反馈系统开环传递函数如下： 10.110.3 O k Gs sss 试设计超前校正环节，使其校正后系统的静态速度误差系数，6 v K 相角裕度为 45 度，并绘制校正前后系统的单位阶跃响应曲线，开环 Bode 图和闭环 Nyquist 图。 二、二、 课程设计目的课程设计目的 1. 通过课程设计使学生更进一步掌握自动控制原理课程的有关知识，加深 对内涵的理解，提高解决实际问题的能力。 2. 理解自动控制原理中的关于开环传递函数，闭环传递函数的概念以及二 者之间的区别和联系。 3. 理解在自动控制系统中对不同的系统选用不同的校正方式，以保证得到 最佳的系统。 4. 理解在校正过程中的静态速度误差系数，相角裕度，截止频率，超前(滞 后)角频率，分度系数，时间常数等参数。 5.学习 MATLAB 在自动控制中的应用，会利用 MATLAB 提供的函数求出所需要得 到的实验结果。 三、课程设计的内容与安排三、课程设计的内容与安排 1. 布置任务书，查阅资料设计、计算（天） 2. 程序设计、上机调试程序（天） 3. 调试、验收，书写报告（0.5 天） 4. 成绩评定（0.5 天） 四、课程设计步骤四、课程设计步骤 1.设计思想： 设计一个串联超前校正环节，适当地选择参数 a 和 T,就可以使其校正 后系统的静态速度误差系数，相角裕度等满足指标的要求，从而改善系统 的动态性能。 2.设计步骤： 4 Bode Diagram Gm = 6.94 dB (at 5.77 rad/sec) , Pm = 21.2 deg (at 3.74 rad/sec) Frequency (rad/sec) -150 -100 -50 0 50 Magnitude (dB) Response: untitled1 Frequency (rad/sec): 3.74 Magnitude (dB): 0.00979 10 -1 10 0 10 1 10 2 10 3 -270 -225 -180 -135 -90 Phase (deg) Response: untitled1 Frequency (rad/sec): 3.73 Phase (deg): -159 大大 连连 海海 洋洋 大大 学学 课课 程程 设设 计计 报报 告告 纸纸 学院学院( ( 院系：院系：信息工程 专业班级专业班级: :自动化 09-1 姓名姓名: : 学号学号: : 1) 根据系统稳态性能要求，确定开环增益 K K=6. 2) 利用已确定的开环增益 K，画出校正前的开环 Bode 图 STEP 图和闭环 Nyquist 图。 计算未校正系统的相角裕量。 3)根据已校正系统希望的剪切率，计算超前网络参数。 3.74rad/s, 1800-1590 =210c 由于题目要求=450，因此,)( cm 所以450-210+，先选取=200，m 于是有：=440，m sin()=a-1/a+1=0.7547 求出 a=6.55m -L()=Lc()=10Lg(a)=10Lg(6.55)=8.1624c m 得 =6.55rad/sc m 确定超前网络参数 T T=1/（m*sqrt（a） ）=0.06343 所以，超前网络的传递函数为: Ts aTs sGc 1 1 )( s s 06341 . 0 1 4152 . 0 1 校正后的开环传函为: 5 大大 连连 海海 洋洋 大大 学学 课课 程程 设设 计计 报报 告告 纸纸 学院学院( ( 院系：院系：信息工程 专业班级专业班级: :自动化 09-1 姓名姓名: : )06341 . 0 1)(3 . 01)(1 . 01 ( )4152 . 0 1 (6 )()( 0 ssss s sGsGc 4)验算已校正系统的相角裕量 验证相裕角度为 410不符合题目要求继续验证，重复上述过程，最后确定=270得 相角裕度正好为 45 度，满足条件. 所以 6.51，cm 确定超前网络参数为 T=1/（m*sqrt（a） ）=0.05375 所以，超前网络的传递函数为: Ts aTs sGc 1 1 )( s s 05375 . 0 1 4383 . 0 1 校正后的开环传函为: )05375 . 0 1)(3 . 01)(1 . 01 ( )4383 . 0 1 (6 )()( 0 ssss s sGsGc 3设计程序代码： 1）校正前程序： num=6; f1=1,0,f2=0.1,1,f3=0.3,1; den=conv(f1,conv(f2,f3); mag,phase,w=bode(num,den); figure(1); margin(mag,phase,w); hold on; figure(2); s1=tf(num,den); sys=feedback(s1,1); step(sys); hold on; figure(3); nyquist(sys); 6 大大 连连 海海 洋洋 大大 学学 课课 程程 设设 计计 报报 告告 纸纸 学院学院( ( 院系：院系：信息工程 专业班级专业班级: :自动化 09-1 姓名姓名: : 121 校正前 STEP 图，开环 Bode 图和闭环 Nyquist 图如下： Bode Diagram Gm = 6.94 dB (at 5.77 rad/sec) , Pm = 21.2 deg (at 3.74 rad/sec) Frequency (rad/sec) -150 -100 -50 0 50 Magnitude (dB) Response: untitled1 Frequency (rad/sec): 3.74 Magnitude (dB): -0.0159 10 -1 10 0 10 1 10 2 10 3 -270 -225 -180 -135 -90 Phase (deg) Response: untitled1 Frequency (rad/sec): 3.74 Phase (deg): -159 012345678 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 Step Response Time (sec) Amplitude 7 大大 连连 海海 洋洋 大大 学学 课课 程程 设设 计计 报报 告告 纸纸 学院学院( ( 院系：院系：信息工程 专业班级专业班级: :自动化 09-1 姓名姓名: : 1 -2-1.5-1-0.500.511.5 -3 -2 -1 0 1 2 3 Nyquist Diagram Real Axis Imaginary Axis 2）校正后程序： num1=6; num2=0.4383,1; num=conv(num1,num2); f1=1,0,f2=0.1,1,f3=0.3,1,f4=0.05375,1; den=conv(f1,conv(f2,conv(f3,f4); mag,phase,w=bode(num,den); figure(1); margin(mag,phase,w); hold on; figure(2); s1=tf(num,den); sys=feedback(s1,1); step(sys); hold on; figure(3); nyquist(sys); 校正后的 STEP 图，开环 Bode 图和闭环 Nyquist 图如下： 8 大大 连连 海海 洋洋 大大 学学 课课 程程 设设 计计 报报 告告 纸纸 学院学院( ( 院系：院系：信息工程 专业班级专业班级: :自动化 09-1 姓名姓名: : Bode Diagram Gm = 11.7 dB (at 14.7 rad/sec) , Pm = 45.3 deg (at 6.51 rad/sec) Frequency (rad/sec) 10 -1 10 0 10 1 10 2 10 3 -270 -225 -180 -135 -90 Response: untitled1 Frequency (rad/sec): 6.56 Phase (deg): -135 Phase (deg) -150 -100 -50 0 50 Magnitude (dB) 00.20.40.60.811.21.41.61.82 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 Step Response Time (sec) Amplitude 9 大大 连连 海海 洋洋 大大 学学 课课 程程 设设 计计 报报 告告 纸纸 学院学院( ( 院系：院系：信息工程 专业班级专业班级: :自动化 09-1 姓名姓名: : 1 -1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 Nyquist Diagram Real Axis Imaginary Axis 五、课程设计心得与体会：五、课程设计心得与体会： 本次课程设计让我知道了跟轨迹法频率特性法及乃奎斯特图法，通过课设实践对上 述方法有了更深如的理解，并通过本次设计认识到了所学原理知识的应用。阔宽了 视野。最终能够完整的完成此次课程设计，锻炼了自己查询资料，阅读资料，运用 资料的能力。加强了个人独立思考的能力，最终得到了比较正确的实验结果。 10 大大 连连