自动控制原理课程设计-超前校正.doc

作者：王冠博专业：自动化学校：大连海洋大学一.课程设计题目已知单位反馈系统开环传递函数如下：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，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.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。6.从总体上把握对系统进行校正的思路，能够将理论操作联系实际、运用于实际。三.课程设计要求1.认真查阅资料；2.遵守课程设计时间安排；3.按时上机，认真调试程序；4.认真书写报告。四.课程设计内容1.设计思想首先确定其K值，调用MATLAB函数算出截止频率和相角裕度并通过MATLAB绘制校正前的单位阶跃响应曲线，开环Bode图和闭环Nyquist图。之后在Bode图上选取新的截止频率并算出超前网络参数a和T并写出新的传递函数。最后，通过MATLAB绘制校正后的单位阶跃响应曲线，开环Bode图和闭环Nyquist图。2.设计步骤(1)已知给定的系统为型系统，其静态速度误差系数，题目要求校正后系统的静态速度误差系数，取。调用MATLAB函数：num=6;den=0.03 0.4 1 0;G=tf(num,den);Gm,Pm,Wcg,Wcp=margin(G)求出：Gm=2.2222 幅值裕度Pm=21.2373 相角裕度Wcg=5.7735 相位穿越频率Wcp=3.7373 幅值穿越频率使用simulink绘制校正前单位阶跃响应曲线绘制校正前开环Bode图G=tf(6,conv(conv(1 0,0.1 1),0.3 1);bode(G);grid on绘制校正前闭环Nyquist图num=6;den=0.03 0.4 1 6;G=tf(num,den);nyquist(G);grid on(2)采用串联超前矫正，根据，试在Bode图上取剪切频率为6.86的点，此时等式=10，求出a=10,根据求出T=0.046097,再根据G(s)=求出超前传递函数为G(s)=，所以系统矫正之后的开环传递函数为G(s)G(s)=调用MATLAB函数：G=tf(conv(0.46097 1,6),conv(conv(conv(1 0,0.1 1),0.3 1),0.046097 1);Gm,Pm,Wcg,Wcp=margin(G)求出：Gm=4.0670 新的幅值裕度Pm=46.4901 新的相角裕度Wcg=15.9019 新的相位穿越频率Wcp=6.8431 新的幅值穿越频率矫正之后的相角裕度为46.4901度，满足要求。使用simulink绘制校正后单位阶跃响应曲线绘制校正后开环Bode图G=tf(conv(0.46097 1,6),conv(conv(conv(1 0,0.1 1),0.3 1),0.046097 1);bode(G);grid on绘制校正后闭环Nyquist图num=2.766 6;den=0.001383 0.04844 0.4461 3.766 6;G=tf(num,den);nyquist(G);grid on(3)综合figure(1);num=6;den=0.03 0.4 1 6;G=tf(num,den);nyquist(G);hold on;nu=2.766 6;de=0.001383 0.04844 0.4461 3.766 6;H=tf(nu,de);nyquist(H);grid on;figure(2);J=tf(6,conv(conv(1 0,0.1 1),0.3 1);bode(J);hold on;K=tf(conv(0.46097 1,6),conv(conv(conv(1 0,0.1 1),0.3 1),0.046097 1);bode(K);grid on;figure(3);nun=6;dem=0.03 0.4 1 6;L=tf(nun,dem);step(L);hold on;nug=2.766 6;deh=0.001383 0.04844 0.4461 3.766 6;F=tf(nug,deh);step(F)五.课程设计总结这次课设总体感觉没有上次的MATLAB课设难，因为上次的是毫无头绪，而这次却有了校正前的思路，至于校正后，需要钻研一番。矫正的重点无非就是开环增益、剪切频率、相角裕度的选取与计算。这其中也遇到了许许多多的问题，经查找资料与同学探讨也同样克服了许许多多的问题。其实主要的问题无非两点：对矫正系统的不熟悉；对MATLAB函数的不熟悉。经过一周的课设，理论联系实际，我不光复习了单位阶跃响应曲线，Bode图和Nyquist图，也同样了解了超前矫正的相关内容，受益良多。唯一的不足便是课设的时间很紧，因为我们不光要考英语四六级，也同样即将进行期末考试，压力很大啊.六.参考文献【1】李盛德 MATLAB程序设