自控原理课程设计.doc

一、 二阶系统的时域、频域分析一） 设计内容及要求已知一个二阶系统其闭环传递函数如下： 求K=0.2、0.5、1、2、5时，系统的阶跃响应和频率响应。二） 设计程序及结果1、 设计程序num1=0.2;num2=0.5;num3=1;num4=2;num5=5;den1=0.5 1 0.2;den2=0.5 1 0.5;den3=0.5 1 1;den4=0.5 1 2;den5=0.5 1 5;t=0:0.02:20;c1=step(num1,den1,t);c2=step(num2,den2,t);c3=step(num3,den3,t);c4=step(num4,den4,t);c5=step(num5,den5,t);w=0:0.01:10;g1=freqs(num1,den1,w);g2=freqs(num2,den2,w);g3=freqs(num3,den3,w);g4=freqs(num4,den4,w);g5=freqs(num5,den5,w);mag1=abs(g1);mag2=abs(g2);mag3=abs(g3);mag4=abs(g4);mag5=abs(g5);subplot(211),plot(t,c1,t,c2,t,c3,t,c4,t,c5),title(Step response);ylabel(c(t),xlabel(Time-sec),gridsubplot(212),plot(w,mag1,w,mag2,w,mag3,w,mag4,w,mag5),title(Frequency response);ylabel(Magnitude),xlabel(Frequency-rad/s),grid2、 设计结果附：Bode图设计程序及结果1、 设计程序clg;num1=0.2;num2=0.5;num3=1;num4=2;num5=5;den1=0.5 1 0.2;den2=0.5 1 0.5;den3=0.5 1 1;den4=0.5 1 2;den5=0.5 1 5;w=logspace(-1,2);mag1,phase1=bode(num1,den1,w);mag2,phase2=bode(num2,den2,w);mag3,phase3=bode(num3,den3,w);mag4,phase4=bode(num4,den4,w);mag5,phase5=bode(num5,den5,w);db1=20*log10(mag1);db2=20*log10(mag2);db3=20*log10(mag3);db4=20*log10(mag4);db5=20*log10(mag5);subplot(211),semilogx(w,db1,w,db2,w,db3,w,db4,w,db5);title(Amplitude responde (db1,db2,db3,db4,db5) versus w),gridsubplot(212),semilogx(w,phase1,w,phase2,w,phase3,w,phase4,w,phase5);title(Phase angle response (degree) versus w),gridsubplot(111)2、 设计结果二、 调节设计超前、滞后校正程序一） 设计内容及要求1、 被控对象传递函数为： 设计超前校正环节，使系统性能指标满足如下要求：1） 速度误差常数=；2）2、 被控对象传递函数为： 设计滞后校正环节，使系统性能指标满足如下要求：1） 单位斜坡稳态误差小于5%；2）闭环阻尼比二） 设计程序及结果1、 超前校正（传递函数：）1） 设计程序a） 超前校正函数文件function nk,dk=bodelead(ng,dg,w,dpm)mu,pu=bode(ng,dg,w);gm,pm,wcg,wcp=margin(ng,dg);phi=(dpm-pm+5)*pi/180;a=(1+sin(phi)/(1-sin(phi);mu_db=20*log10(mu);mm=-10*log10(a);wgc=spline(mu_db,w,mm);t=1/(wgc*sqrt(a);z=a*t;p=t;nk=z,1;dk=p,1;b） 超前校正主程序num=2000;den=1 30 200 0;pm=45;w=logspace(-1,2,500);bode(num,den,w);hold;nk,dk=bodelead(num,den,w,pm);no,do=series(nk,dk,num,den);bode(no,do,w);nn,dd=cloop(num,den);figure(2);step(nn,dd);hold;nc,dc=cloop(no,do);step(nc,dc);2） 设计结果2、 滞后校正（传递函数：）1） 设计程序a） 滞后校正函数文件functionnk,dk=bodelag(ng,dg,w,dpm)mu,pu=bode(ng,dg,w);wgc=spline(pu,w,(dpm-180+5);mu_db=20*log10(mu);gr=spline(w,mu_db,wgc);%gr=-mu_db(ind);alpha=10(-gr/20);t=10/(alpha*wgc);nk=alpha*t,1;dk=t,1;b） 滞后校正主程序num=100;den=1 5 0;pm=70;w=logspace(-2,2,500);bode(num,den,w);hold;nk,dk=bodelag(num,den,w,pm);no,do=series(nk,dk,num,den);bode(no,do,w);nn,dd=cloop(num,den);t=0:0.01:10;figure(2);step(nn,dd,t);hold;nc,dc=cloop(no,do);step(nc,dc,t);2） 设计结果三、 设计控制系统的校正装置一） 设计内容与要求设已知单位负反馈系统其开环传递函数为：要求系统具有的性能指标是：1） 控制输入为单位速度信号（t rad/s）时，其稳态误差e0.15rad。2） 控制输入为单位阶跃信号时，其超调量35%，调整时间10秒。3） 控制输入为单位阶跃信号时，其超调量25%，调整时间4秒。二）设计程序与结果 1、滞后校正（传递函数：）1）设计程序num=7;den=0.0625 0.625 1 0;pm=45;w=logspace(-2,2,500);bode(num,den,w);hold;nk,dk=bodelag(num,den,w,pm);no,do=series(nk,dk,num,den);bode(no,do,w);grid;nn,dd=cloop(num,den);t=0:0.01:10;figure(2);step(nn,dd,t);hold;nc,dc=cloop(no,do);step(nc,dc,t);grid;figure(3);G=tf(num,den);nichols(G);hold;ngrid;G=tf(no,do);nichols(G);hold;ngrid;figure(4);bode(nn,dd,w);hold;bode(nc,dc,w);grid;2）设计结果开环Bode图：阶跃响应曲线：Nichols曲线：闭环Bode图：2、超前滞后校正（传递函数：）1）设计程序num=7;den=0.0625 0.625 1 0;pm=55;w=logspace(-2,2,500);bode(num,den,w);hold;nk,dk=bodelead(num,den,w,pm);no,do=series(nk,dk,num,den);nf,df=bodelag(no,do,w,pm);ns,ds=series(nf,df,no,do);bode(ns,ds,w);grid;nn,dd=cloop(num,den);t=0:0.01:10;figure(2);step(nn,dd,t);hold;nc,dc=cloop(ns,ds);step(nc