自动控制原理课程设计.docx

课程设计报告 题 目 ：用频率法设计串联超前校正装置 课 程 名 称 ： 自动 控制 原理 院 部 名 称 ： 智能科学与控制工程学院 专 业 ： 自 动 化 班 级 ： 15 自动化 （1） 学 生 姓 名 ： 学 号 ： 15 17 0110 指 导 教 师 ： 陈 丽 换 金陵科技学院教务处制一设计题目 ， 试用频率法设计串联滞后校正装置，使系统的相角裕量为，静态速度误差系数，幅值裕量。二设计原理2.1无源超前网络的电路图如下图所示 三、设计方法和步骤1）基于MATLAB用频率法对系统进行串联校正设计，使其满足给定的频域性能指标。要求程序执行的结果中有校正装置传递函数和校正后系统开环传递函数，校正装置的参数T，等的值。如下图所示。3.1.根据系统校正的一般步骤，先确定K0=40，然后输入如下程序得到校正前的波特图。根据相角裕量的要求，=0（c1）+0（c1），由0（c1）取5，求出0=45，180+x=45，x=-135由上图可知c1=2.46，L0（c1）=23.2，根据公式20lgb+L0（c1）=0求得b=0.069，=0.1c1 ，求得T=59.1所以校正装置的传递函数为3.2输入如下程序由上图可知c2=0.211，L0（c2）=26.1，根据公式20lgb+L0（c2）=0求得b=0.828，由=0.1c2，求得T=5.75，所以校正装置的传递函数为3.3输入如下程序由上图可知c3=0.456，L0（c3）=15.3根据公式20lgb+L0（c3）=0，求得b=0.171由=0.1c3，求得T=187.20。所以校正装置的传递函数为3.4输入如下程序由上图可知Gm=33.9dB，符合设计要求增益裕度30-40dB，相角裕度是50，所以校正后的传递函数2) 利用MATLAB函数求出校正前与校正后系统的特征根，并判断其系统是否稳定，为什么? 校正前系统的闭环传递函数特征方程为：0.0125s3+0.2625s2+s+40=0输入如下程序，求出系统闭环传递函数的特征根：根据自动控制原理，该传递函数有右根，校正前系统是不稳定的。校正后的系统的开环传递函数系统闭环传递函数的特征方程是：795.1882s5+16855.0558s4+91836.757s3+24674.7871s2+1889.9525s1+41=0;输入如下程序，求出系统闭环传递函数的特征根：其特征根均位于s平面的左半部，所以校正后系统是稳定的。3) 利用MATLAB作出系统校正前与校正后的单位脉冲响应曲线，单位阶跃响应曲线，单位斜坡响应曲线，分析这三种曲线的关系？求出系统校正前与校正后的动态性能指标%、tr、tp、ts以及稳态误差的值，先将系统的校正前的闭环传递函数求出，做出相应的图形，输入如下程序：并分析其有何变化？（1） 校正前单位脉冲响应得到系统校正前的单位脉冲响应曲线分析：校正前系统不稳定，其单位脉冲响应发散，稳态误差为无穷大（2） 校正后单位脉冲响应得到系统校正后的单位脉冲响应曲线分析：校正后系统稳定，其单位脉冲响应的稳态误差几乎为零（3） 校正前单位阶跃响应4) 绘制系统校正前与校正后的根轨迹图，并求其分离点、汇合点及与虚轴交点的坐标和相应点的增益值，得出系统稳定时增益的变化范围。绘制系统校正前与校正后的Nyquist图，判断系统的稳定性，并说明理由？ 校正前在Matlab中输入如下所示的程序并执行得到的结果为：系统校正前，其分离点为（-2.2731,0.0000i），K*=1.064；与虚轴的交点为（0.0000,8.8600i）,K*=20.608。当参数K*（00.5152）变动时，根轨迹均在S平面纵坐标的左侧，对应的系统是稳定的。一旦跟轨迹穿越纵坐标达到其右侧，对应的K*20.608，那么系统闭环就不稳定。校正后：在Matlab中输入如下所示的程序并执行得到的结果为：由图可知，分离点是（-10.5，0.0003i），与虚轴无交点，当参数K*（3.68正无穷）变动时，根轨迹均在S平面纵坐标的左侧，对应的系统是稳定的。在Matlab中输入如下所示的程序并执行得到校正前和校正后系统的Nyquist图。从上图知道，系统校正前的Nyqui曲线包围了点（-1，j0），校正后的Nyquist曲线都不包围（-1，j0）点，根据Z=P-2N,P为实部为正的极点，该传递函数P=0，N=0所以Z=0。因而校正前系统是不稳定的，校正后的系统都是稳定的。5) 绘制系统校正前与校正后的Bode图，计算系统的幅值裕量，相位裕量，幅值穿越频率和相位穿越频率。判断系统的稳定性，并说明理由？ 校正前：校正后： 系统校正前的幅值裕量错误！未找到引用源。=-5.6dB，相位裕量=-14.8,幅值穿越频率Wcp=12.1rad/sec，相位穿越频率Wcg=8.94rad/s。因为错误！未找到引用源。、小于0，所以此时系统不稳定。系统校正后的幅值裕量错误！未找到引用源。=33.9dB，相位裕量=50,幅值穿越频率Wcp=0.456rad/sec，相位穿越频率Wcg=8.6rad/s。因为错误！未找到引用源。、大于0，所以此时系统稳定。心得体会：课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学技术发展的日新日异，自动控制原理已经成为当今较为活跃的前沿科学，因此对于控制专业的大学生来说是十分重要的。通过这次课程设计，我进一步了解了自动控制原理中校正系统的基本概念和如何加入校正装置来使不稳定的系统变得稳定，并对自动控制原理中的很多基础知识有了更加深刻的理解。能够熟悉运用MATLAB，并且能初步使用MATLAB软件编程来画出传递函数的Nyquist图、bode图来判断一个系统的稳定性。本次课程设计让我加深了对自动