昆院课程设计报告

课程设计 大作业 报告课程设计 大作业 报告 课程名称 自动控制理论 设计题目 自动控制系统建模 分析及校正 院 系 自动控制与机械工程学院 班 级 电气工程及其自动化 2011 级 1 班 设 计 者 学 号 201104170215 指导教师 杨祖元 李云娟 设计时间 2013 12 16 2013 12 20 昆明学院课程设计 大作业 任务书昆明学院课程设计 大作业 任务书 姓 名 院 系 自动控制与机械工程学院 专 业 电气工程及其自动化 学 号 任务起止日期 第十五周 2013 年 12 月 16 日 2013 年 12 月 20 日 课程设计题目 自动控制系统建模 分析及校正 课程设计要求 1 了解 matlab 软件的基本特点和功能 熟悉其界面 菜单和工具条 掌握线性系统模 型的计算机表示方法 变换以及模型间的相互转换 了解控制系统工具箱的组成 特点及 应用 掌握求线性定常连续系统输出响应的方法 运用连续系统时域响应函数 impulse step lsim 得到系统的时域响应曲线 2 掌握使用 MATLAB 软件绘制开环系统的幅相特性曲线 对数频率特性曲线 观察 控制系统的观察开环频率特性 对控制系统的开环频率特性进行分析 3 掌握 MATLAB 软件中 simulink 工具箱的使用 熟悉 simulink 中的功能模块 学会 使用 simulink 对系统进行建模 掌握 simulink 的仿真方法 工作计划及安排 在第 15 周内 2013 12 16 2013 12 20 内完成规定的题目 指导教师签字 年 月 日 课程设计 大作业 成绩课程设计 大作业 成绩 学号 201104170215 姓名 吕思义指导教师 杨祖元 李云娟 课程设计题目 自动控制系统建模 分析及校正 总结 通过计算机的仿真及课堂学习 我们对 matlab 有了一定的了解 本次课程设计 对我 们不仅是对前面所学知识的一种检验 而且是对自己能力的一种提升 在设计过程中 我 们通过到图书管借阅了大量的自动控制原理 MATLAB 实现的相关资料 自学的时候与同学 老师交流 一步一步的分析和研究 最终完成了课程设计 在设计和分析过程中遇到不少 问题 首先是因为对原先学过的知识有些遗忘 再次 MATLAB 的初次见面也很陌生 不仅 要复习自动控制原理的相关知识 还要学习 MATLAB 软件的使用 在 matlab 的学习中我们最大的困难是对软件的使用不熟悉 以至在仿真的过程中总是 不断的出错 学习 matlab 不仅是一种挑战 更是一种自身素质的提高 通过 matlab 软件我 们对自控原理有了更深的认识 认识出新知 指导教师评语 成绩 填表时间 指导教师签名 课程设计 大作业 报告课程设计 大作业 报告 1 用 matlab 语言编制程序 实现以下系统 1 2 2264 18245 234 23 ssss ss sG 523 1 66 2 4 233 22 sssss sss sG num 5 24 18 num 4 conv 1 2 conv 1 6 6 1 6 6 den 1 4 6 2 2 den conv 1 0 conv 1 1 conv 1 1 conv 1 G tf num den 1 1 3 2 5 Transfer function G tf num den 5 s 2 24 s 18 Transfer function 4 s 5 56 s 4 288 s 3 672 s 2 720 s 288 s 4 4 s 3 6 s 2 2 s 2 s 7 6 s 6 14 s 5 21 s 4 24 s 3 17 s 2 5 s 2 两环节 G1 G2 串联 求等效的整体传递函数 G s 3 2 1 s sG 12 7 2 2 ss sG n1 2 d1 1 3 n2 7 d2 1 2 1 G1 tf n1 d1 G2 tf n2 d2 G G1 G2 运行结果 Transfer function 14 s 3 5 s 2 7 s 3 3 两环节 G1 G2 并联 求等效的整体传递函数 G s 3 2 1 s sG 12 7 2 2 ss sG n1 2 d1 1 3 n2 7 d2 1 2 1 G1 tf n1 d1 G2 tf n2 d2 G1 G2 运行结果 Transfer function 2 s 2 11 s 23 s 3 5 s 2 7 s 3 4 已知系统结构如图 求闭环传递函数 其中的两环节 G1 G2 分别为 解 n1 3 100 d1 1 2 81 G1 tf n1 d1 G2 1 G feedback G1 G2 1 结果 Transfer function 3 s 100 s 2 5 s 181 n1 3 100 d1 1 2 81 G1 tf n1 d1 G cloop G1 1 结果 Transfer function 3 s 100 s 2 2 s 81 5 已知某闭环系统的传递函数为 求其单位阶跃响应 251096 1 16 0 2510 23 sss s sG 曲线 单位脉冲响应曲线 num 10 25 den 0 16 1 96 10 25 G tf num den y step G 52 2 2 s sG 812 1003 2 1 ss s sG plot y figure 1 grid title 单位阶跃响应 xlabel 时间 ylabel 振幅 2 单位脉冲响应 输入程序 num 10 25 den 0 16 1 96 10 25 G tf num den y impulse G figure 2 plot y grid title 单位脉冲响应 xlabel 时间 ylabel 振幅 6 典型二阶系统的传递函数为 为自然频率 为阻尼比 试绘出当 0 5 分别取 2 0 2 4 6 8 10 时该系统的单位阶跃响应曲线 分析 n 阻尼比分别为 0 5 1 时系统的稳定性 i 0 t 0 0 1 10 for wn 2 10 i i 1 zeta 0 5 num wn 2 den 1 2 zeta wn wn 2 sys tf num den y i step sys t end plot t y 1 t y 2 t y 3 t y 4 t y 5 t y 6 t y 7 grid xlabel time s n 2 2 2 2 nn n ss sG ylabel step response 假设 wn 10 num 100 zeta 0 5 1 t 0 0 1 10 y zeros length t 2 for i 1 2 den 1 2 zeta i 10 100 sys tf num den y i step sys t end plot t y 1 t y 2 f 1 2 zeta i 10 100 p roots f 运行结果为 p 10 10 所以系统稳定 7 单位反馈系统前向通道的传递函数为 试绘 ssssss ssss sG 23456 234 510105 281282 制该系统的 Bode 图和 Nyquist 曲线 说明软件绘制曲线与手动绘制曲线的异同 1 绘制该系统的 Bode 图 输入程序 num 2 8 12 8 2 den 1 5 10 10 5 1 0 bode num den 2 系统的 Nyquist 图 输入程序 num 2 8 12 8 2 den 1 5 10 10 5 1 0 nyquist num den 8 已知某控制系统的开环传递函数 试绘制系统的开环频率1 5 12 K G sK s ss 特性曲线 并求出系统的幅值与相位裕量 输入程序 num 3 den conv 2 0 conv 1 1 1 2 sys tf num den margin sys step sys 输入程序 gm pm wcg wcp margin sys 运行结果 gm 4 0000 幅值裕量 pm 41 534 相角裕量 wcg 1 4142 Nyquist 曲线与负实轴交点处频率 wcp 0 6118 截止频率 9 在 SIMULINK 中建立系统 该系统阶跃输入时的连接示意图如下 k 为学生学号后三位 绘制其单位阶跃响应曲线 分析其峰值时间 tp 延迟时间 td 上升时间 tr 调节时间 ts及超 调量 num1 1 den1 1 0 sys1 tf num1 den1 num2 215 den2 1 9 sys2 tf num2 den2 sys12 sys1 sys2 G feedback sys12 1 step G grid 分析其峰值时间 延迟时间 上升时间 调节时间 及超调量 输入程序 num 215 den 1 9 215 y x t step num den peak k max y overshoot peak 1 100 tp t k n 1 while y n 0 98 end ts t m 运行结果 overshoot 36 2399 tp 0 2209 tr 1 0005 m 115 ts 0 7607 10 给定系统如下图所示 试设计一个串联校正装置 使截止频率