哈工大自动控制原理课程设计说明书.doc

Harbin Institute of Technology课程设计说明书（论文）课程名称：自动控制原理课程设计设计题目：控制系统的设计与仿真 院 系： 航天学院 班 级： 设 计 者： 学 号： 指导教师： 设计时间： 2011年2月 哈尔滨工业大学 哈尔滨工业大学课程设计任务书 姓 名： 院 （系）： 专 业： 班 号： 任务起至日期： 2011年 2月 21日至 2011年 3月 6日 课程设计题目：控制系统的设计与仿真 已知技术参数和设计要求：（1） 控制系统固有传递函数：（2） 性能指标要求：a.相角裕度b.幅值裕度不低于c.截止频率 工作量：（1） 设计一个串联滞后校正环节，满足性能指标要求。（2） 人工设计利用半对数坐标纸手工绘制系统校正前后及校正装置的Bode图，并确定出校正装置的传递函数。验证校正后系统是否满足性能指标要求。（3） 计算机辅助设计利用MATLAB语言对系统进行辅助设计、仿真和调试。（4） 撰写设计报告。具体内容包括以下五个部分。 1） 设计任务书 2） 设计过程 人工设计过程包括计算数据、系统校正前后及校正装置的Bode图（在半对数坐标纸上）、校正装置的传递函数、性能指标验算数据。 计算机辅助设计过程包括Simulink仿真框图、Bode图、阶跃相应曲线、性能指标要求的其他曲线。 3） 校正装置电路图4) 设计结论5) 设计后的心得体会 工作计划安排： 审题，查阅资料 1天 人工计算，计算机辅助设计 2天 修改，优化设计 2天 完成课程设计说明书 3天 同组设计者及分工：无 指导教师签字_ 年 月 日 教研室主任意见： 教研室主任签字_ 年 月 日*注：此任务书由课程设计指导教师填写。哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）目录1.设计过程21.1人工设计21.1.1计算过程和计算数据21.1.2半对数坐标纸绘制Bode图31.2计算机设计41.2.1被控对象开环Simulink模型图41.2.2被控对象开环Bode图41.2.3校正以后的开环Simulink模型图51.2.4校正以后的开环Bode图51.2.5校正以后的闭环Simulink模型图61.2.6单位阶跃响应仿真曲线62.校正装置电路图73.设计结论84.设计后的心得体会81.设计过程1.1人工设计1.1.1计算过程和计算数据（1）将原控制系统的固有传递函数记为按要求的幅值裕度和截止频率求取要求的开环增益。由幅值裕度不低于，得到其中解得由截止频率的定义得到又由于截止频率解得 综上可以取要求的开环增益，则令由MATLAB仿真可以看出的相角裕度为不符合要求的至少，幅值裕度和截止频率都符合要求，分别为和。故可以采用串联迟后校正来降低剪切频率而获取更大的相角裕度，从而使系统满足性能指标的要求。（2）在的相频特性上找出相角为的点，该点对应的角频率可以求得，由得到，已达到设计要求的。为了确保相角裕度能够满足设计要求，取。（3）由公式求取串联迟后环节的参数。（4）根据，取，并得到（5）根据设计要求和原系统，求出得出校正环节的传递函数为（6）验算。校正后的开环传递函数是为了验证准确，采用MATLAB做上式的对数幅频特性。校正后的相角裕度，幅值裕度，截止频率。验算表明，各项设计要求都已满足。1.1.2半对数坐标纸绘制Bode图（3条渐近对数幅频特性曲线）图1-1-2-1 系统校正前的Bode图图1-1-2-2 系统校正后的Bode图图1-1-2-3 校正装置的Bode图1.2计算机设计1.2.1被控对象开环Simulink模型图图1-2-1 被控对象开环Simulink模型图1.2.2被控对象开环Bode图图1-2-2 被控对象开环Bode图1.2.3校正以后的开环Simulink模型图图1-2-3 校正以后的开环Simulink模型图1.2.4校正以后的开环Bode图图1-2-4 校正以后的开环Bode图从仿真图中可以看到校正后的开环剪切频率为，相角裕度为。1.2.5校正以后的闭环Simulink模型图图1-2-5 校正以后的闭环Simulink模型图1.2.6单位阶跃响应仿真曲线图1-2-6 单位阶跃响应仿真曲线2.校正装置电路图采用运算放大器和RC网络构成本设计的串联迟后校正装置的电路图。由相应的关系式得电路的传递函数其中在以上的约束条件下根据电阻和电容的标称值，选定合适的的参数，来实现串联迟后校正。在本设计中根据实际情况，选择参数如下：10M15M+2.4M+200k6.8M1.1M串联迟后校正装置的电路图如图2-1所示：图2-1 串联迟后校正装置的电路图3.设计结论本设计采用串联迟后校正法对原控制系统进行校正，以达到要求的技术指标。经过人工计算和计算机辅助设计，由MATLAB仿真结果将校正后的系统加以验证，得到的设计结果完全符合性能指标的要求。4.设计后的心得体会在进行课程设计的过程中，我对自动控制原理这门课有了更加深入的认识。设计实际系统不同于做书上的课后题，没有标准答案，在能达到指标的基础上还要考虑方案的可行性、合理性和经济性等等。本题中原控制系统的开环传递函数经分析虽未能满足性能指标要求，但它的特点符合用串联迟后校正法进行校正的规律。所以我采用了串联迟后校正法进行校正。在实际参数的选择上也并不是一帆风顺，参数几经修改才满足设计要求。在以