Ｉ型二阶系统的典型分析与综合设计.doc

成绩 _重庆邮电大学移通学院自动化系自动控制原理课程设计报告题 目 系 别 专业名称 班 级 学 号 姓 名 指导教师 重庆邮电大学移通学院自动化系制2012 年 12 月15自动控制原理课程设计（简明）任务书供10级电气工程及其自动化专业学生用引言：自动控制原理课程设计是该课程的一个重要教学环节，既有别于毕业设计，更不同于课堂教学。它主要是培养学生统筹运用自动控制原理课程中所学的理论知识，掌握反馈控制系统的基本理论和基本方法，对工程实际系统进行完整的全面分析和综合。一 设计题目：型二阶系统的典型分析与综合设计二 系统说明：该型系统物理模拟结构如下图所示。 其中：r01m；c1=1uf；r21m； c2=0.2uf；rf为线性滑动电位器，可调范围为：10-3r0102r0 。设计过程中可忽略各种干扰，比如：运算放大器的零点漂移，环节间的负载效应，外界强力电力设备产生的电磁干扰等。三 系统参量：系统输入信号：x(t)； 系统输出信号：y(t)。四 设计指标：用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计，使系统满足以下动态及静态性能指标：1. 在单位斜坡信号x(t)=t作用下，系统的稳态误差；2. 开环截止频率；3. 相位裕度；五 基本要求： 1.建立系统数学模型传递函数；2.利用频率特性法分析系统：(1) 根据要求的稳态品质指标，求系统的开环增益值；(2) 根据求得的值，画出校正前系统的bode图，并计算出幅值穿越频率、相位裕量,以检验性能指标是否满足要求。若不满足要求，则进行系统校正。3.利用频域特性法综合系统：(1) 画出串联校正结构图，分析并选择串联校正的类型（超前、滞后和滞后-超前校正）；(2) 确定校正装置传递函数的参数；(3) 画出校正后的系统的bode图，并校验系统性能指标。若不满足，则重新确定校正装置的参数。4.完成系统综合前后的有源物理模拟（验证）实验：实现校正前、后系统，并得到校正前后系统的阶跃响应。六 课程设计报告：1.报告内容（包括课程设计的主要内容、基本原理以及课程设计过程中参数的计算过程和分析过程）；(1) 课程设计计算说明书一份；(2) 原系统组成结构原理图一张（自绘）；(3) 系统分析，综合前后精确bode图各一张；(4) 系统综合前后的模拟图各一张（附实验结果图）。(5) 计算机仿真程序框图一张；(6) 计算机仿真程序清单一份（附仿真实验结果图）；(7) 封面装帧成册；2.总结（包括课程设计过程中的学习体会与收获、对本次课程设计的认识等内容）；3.提供参考资料及文献；4.排版格式完整、报告语句通顺、封面装帧成册。目录需要自动生成目录（上网查如何自动生成目录）一、系统说明（概述）1. 设计目的（1）掌握自动控制原理课程中所学的理论知识；（2）掌握反馈系统的基本理论和方法，对工程实际系统进行全面分析和综合；（3）掌握控制系统的设计和校正方法；（4）掌握利用matlab对控制理论进行分析，研究和仿真技能；（5）提高分析问题和解决问题的能力。2. 系统原理（简介）3. 各环节的性能、功能特性说明 (1)放大环节 （2）积分环节 输出量与输入量成积分关系的环节，称为积分环节。其特点：输出量与输入量的积分成正比例，当输入消失，输出保持不变，具有记忆功能；积分环节受到扰动自身无法达到稳定。 （3）惯性环节 一阶惯性环节的微分方程是一阶的，且输出响应需要一定时间后才能达到稳态值，因此称为一阶惯性环节。其特点：输出信号对输入信号的响应存在惯性（输入信号阶跃加入后，输出信号不能突然变化，只能随时间增加逐渐变化）。4. 设计基本要求 (1）要求输出等于给定输入所要求的期望输出值。（2）要求输出尽量不受扰动的影响。（3）衡量一个系统是否完成以上两点，把要求划为三大性能指标来评价：稳、快、准.5. 设计指标用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计，使系统满足以下动态及静态性能指标：1. 在单位斜坡信号x(t)=t作用下，系统的稳态误差；2. 开环截止频率；3. 相位裕度；二、系统建模1. 各个环节模型 比例环节 系统结构如下图（1），结构框图如图（2）， 传递函数g1=-k=-=k1 图（1） 图（2）（2） 纯积分环节 系统结构如下图（3），结构框图如图（4） g2（s）=-=-=-=-=- 图（3） 图（4） （3） 惯性环节 系统结构如下图（5），结构框图如图（6） 图5 图6 g3（s）=-=-=-2. 系统模型：系统的框图结构 g0（s）=g1(s)g2(s)g3(s) g0（s)= g(s)= 如下图（7）整个系统结构图, 图（8）为系统框图结构 图7 图83. 简化框图 （1）化简为单位负反馈 （2）系统的开环传递函数三、系统分析1. 原系统频域特性曲线2. 稳定性分析系统的闭环特征方程为作劳斯表： 3. 稳态精度分析ess4. 动态性能分析。 ，小于给定要求。 也小于要求，且穿越斜率为-2，所以可以采用相位超前校正。四、系统综合1. 利用期望指标绘制bode图2. 设计校正规律和校正装置（电路图、装置参数） 计算衰减率：确定截止频率 :确定两转折频率：补偿增益：校正后开环频率特性： 校正计算： 满足给定要求。3. 系统综合过程表达（bode图上）五、系统物理模拟图1. 原系统模拟图 2. 原系