自动控制课程设计

1、 自动控制课程设计 指导老师 李斌 专 业 电气工程与自动化 姓 名 张子超 学 号 631124060325 2014 年 12 月一、设计任务单位负反馈系统的开环传递函数如下，采用串联控制：1、用PID控制和校正装置（超前、滞后或滞后超前装置）设计控制器，使系统满足：截止频率>25rad/s，相角裕度>45度，幅值裕度>20dB。并在MATLAB下仿真和比较系统在校正前、后的系统在给定输入为r(t)=1(t)时的时域响应。2、用PID控制设计控制器，使系统在斜坡输入条件下稳态误差为0，调节时间至少小于9s，超调量至少小于40，尽量整定至最优。并在MATLAB下仿真和比较系

2、统在校正前、后的系统的时域响应过程。 二、系统结构+62-s (s+2) (s+5)输出信号R（s）-三、未校正系统分析可由MATLAB中的SIMULINK工具仿真得到时域响应图像为:可见系统时域响应在1附近震荡最终趋近于零。又由图像可得到近似的时域指标分别是：上升时间：0.5S峰值时间：2.2S调节时间：96S超调量：86.5%又由开环传递函数可以得到对应的bode图为：由MATLAB可直接得到对应的频域指标为：截至频率：2.97rad/s相角裕度：3.18度穿越频率：3.16 rad/s幅值裕度：1.05dB可以看出未校正的系统的时域响应效果很不理想，需要很长的时候才可以稳定，且超调量很大

3、，频域响应完全不满足要求，需要校正。四、滞后超前校正 由未校正系统分析可以看出，系统在截止频率处的斜率近似为-60 dB/dec，且截止频率小于最低要求，相角裕度小于最低要求，适用超前校正。但如果只用一个超前校正，在m处增大频率响应模值会使得超前校正网络传递函数中参数a非常大，首先是很难实现，其次最后校正的结果对于相角裕度的改善，通过计算（过程从略）虽然截止频率，幅值裕度都可以满足要求，并且如果继续增大m也不能很好改善相角裕度，因为如果按对数幅相频率特性渐进曲线画出后，校正后系统在m附近斜率为-40dB/dec也不能获得很好的相角裕度。故设计采用两个超前校正网络串联的方式校正系统。让每一个校正

4、网络在m处的频率响应模为未校正系统在m处频率响应模的1/2，当两个叠加时，正好拉起曲线，让校正后的BODE曲线的截至频率为25rad/s且m附近在校正之后的渐近线斜率为-20dB/dec获得较大的相角裕度。 由未校正系统的bode图得当等于25时，对数频率响 应的模为-48.4dB则每一个超前校正网络在m处的对数频率响应的模约为24.2dB，则由计算可得对应a为263.02，则可计算出T一个约为0.00247，则校正网络传递函数为：再对得到的网络做bode图为： 可得到频域参数为： 截止频率：25.5 rad/s 相角裕度：91.5度 幅值裕度：30dB 可见其基本满足要求，校正后的系统开环传

5、递函数为：4267247.1275 (s+1.543)2-s (s+2) (s+5) (s+404.9)2 用SIMULINK工具仿真之后得到时域响应图像为： 可对比校正前后的系统时域响应可见，校正之后由于加入了明显的微分环节改善了系统的动态性能，改善之后的系统时域指标可见： 上升时间：（约）0.3S 调节时间：2S五、PID校正由之前的未校正系统的分析可见，在未校正之前系统的动态性能很差，为了改善系统的动态性能故尝试适用PID校正。以下为对于系统按临界稳定整定法确定PID参数。首先只让比例环节作用，使系统闭环系统时域响应成等幅振荡确定系统参数KPS。经过调整之后得到系统闭环时，在P=Kps=1.05时等幅振荡，等幅振荡的峰-峰时隔为2S即Ts=2。则由结果可得PID校正时P=0.6Kps=0.63，Ti=0.5Ts=1，Td=0.125Ts=0.25。则PID传递函数为0.63（1+1/s+0.25s）则加入PID校正环节之后系统时域响应为：在校正之前结果是:校正之后的图像为: 可见在经过PID校正之后动态性能明显得到改观.六、总结通过这次课程设计，发现了自己动手能力的不足,学的知识运用不是很融会贯通,学会了如何