自动控制原理课程设计

1、扬州大学能源与动力工程学院实习报告扬州大学水利与能源动力工程学院课程实习报告课 程 名 称：自动控制原理及专业软件课程实习题 目 名 称： 三阶系统分析与校正年级专业及班级： 建电1402姓 名： 王杰学 号： 141504230指 导 教 师： 许慧 评 定 成 绩：教 师 评 语：指导老师签名： 2016 年 12月 27日一、课程实习的目的（1）培养理论联系实际的设计思想，训练综合运用经典控制理论和相关课程知识的能力；（2）掌握自动控制原理的时域分析法、根轨迹法、频域分析法，以及各种校正装置的作用及用法，能够利用不同的分析法对给定系统进行性能分析，能根据不同的系统性能指标要求进行合理的系

2、统设计，并调试满足系统的指标；（3）学会使用MATLAB语言及Simulink动态仿真工具进行系统仿真与调试；（4）学会使用硬件搭建控制系统；（5）锻炼独立思考和动手解决控制系统实际问题的能力，为今后从事控制相关工作打下较好的基础。二、课程实习任务某系统开环传递函数 G(s)=K/s(0.1s+1）（0.2s+1）分析系统是否满足性能指标：（1)系统响应斜坡信号r(t)=t,稳态误差小于等于0.01；（2）相角裕度y>=40度；如不满足，试为其设计一个pid校正装置。三、课程实习内容（1）未校正系统的分析：1）利用MATLAB绘画未校正系统的开环和闭环零极点图2）绘画根轨迹，分析未校正系

3、统随着根轨迹增益变化的性能（稳定性、快速性）。3）作出单位阶跃输入下的系统响应，分析系统单位阶跃响应的性能指标。4）绘出系统开环传函的bode图，利用频域分析方法分析系统的频域性能指标（相角裕度和幅值裕度，开环振幅）。（2）利用频域分析方法，根据题目要求选择校正方案，要求有理论分析和计算。并与Matlab计算值比较。（3）选定合适的校正方案（串联滞后/串联超前/串联滞后-超前），理论分析并计算校正环节的参数，并确定何种装置实现。（4）绘画已校正系统的bode图，与未校正系统的bode图比较，判断校正装置是否符合性能指标要求，分析出现大误差的原因。（5）求此系统的阶跃响应曲线。分析采用的校正装置

4、的效果。（6）绘画模拟电路，提出校正的实现方式及其参数。（7）总结（包括课程设计过程中的学习体会与收获、对本次课程实习的认识等内容）自动控制原理及专业软件课程实习目 录摘 要 第一章 利用MATLAB绘画未校正系统的开环和闭环零极点图第二章 绘画根轨迹 第三章 作出单位阶跃输入下的系统响应 第四章 绘出系统开环传函的bode图第五章 求此系统的阶跃响应曲线 第六章 绘画模拟电路致谢参考文献附录第一章 利用MATLAB绘画未校正系统的开环和闭环零极点图（1）由稳态误差小于等于0.01 即1/k<=0.01 解得k>=100 所以选择k=101未校正系统开环和闭环零极点图（K=110）

5、：clearclcnum=101;den=conv(1 0,conv(0.1 1,0.2 1);G=tf(num,den);Gf=feedback(G,1,-1);figure(1)pzmap(G);title('未校正系统开环零极点图') xlabel('实轴 x')ylabel('虚轴 j')figure(2)pzmap(Gf);title('未校正系统闭环零极点图')xlabel ('实轴 x')ylabel （'虚轴 j')第二章 绘画根轨迹 （2） 绘画根轨迹，根据根轨迹分析未校正系统稳定

6、性和快速性系统稳定性分析0.02s3+0.3s2+s+k分析：闭环传递函数的特征方程：D（s）=0.02s3+0.3s2+s+k列出劳斯表：S30.021S20.3kS10.3-0.02k)/1.2Sk由劳斯稳定判据有： k>0 且 0.3-0.02k>0 ， 即0<k<15时系统处于稳定状态；又K=110>30，所以系统不稳定系统快速性分析系统的快速性要好，则闭环极点均应远离虚轴y，以便使阶跃响应中的每个分量都衰减得更快。由图1可知，当系统根轨迹在s左半平面时，闭环极点距s平面上虚轴越近，阻尼角增加，变小，振荡程度加剧，超调量变大，若特征根进一步靠近虚轴，衰减振

7、荡过程变得很缓慢，系统的快速性减小。第三章 作出单位阶跃输入下的系统响应1.未校正系统阶跃响应图clearclcnum=101;den=conv(1 0,conv(0.1 1,0.2 1);G=tf(num,den);Gf=feedback(G,1,-1);sys=feedback(Gf,1);t=0:0.01:5;step(sys,t);xlabel('t')ylabel('Gf')title('未校正系统阶跃响应图') 图1 未校正系统的阶跃响应由图1可知，系统在单位阶跃输入下，振荡程度加剧，超调量变大，系统的动态性能不佳，不稳定。第五章 求

8、此系统的阶跃响应曲线2. 已校正系统阶跃响应图clearclcnum=101;den=conv(1 0,conv(0.1 1,0.2 1);Gs=tf(num,den);num1=3.7 1;den1=115.74 1;Gs1=tf(num1,den1);Gs2=series(Gs,Gs1);sys=feedback(Gs2,1);t=0:0.01:5;step(sys,t);xlabel('t')ylabel('Gf')title('已校正系统阶跃响应图') 分析系统阶跃响应的性能指标：Tp=1s；Ts=2.8s超调量=36.5%且采用校正装置

9、后系统稳定，系统的阻尼程度适中。第4章 绘出系统开环传函的bode图（4） 绘出系统开环传函的bode图clearclcnum=101;den=conv(1 0,conv(0.1 1,0.2 1);Gs=tf(num,den);bode(Gs);margin(Gs);title('系统开环传函的bode图')由图可得:校正后Gm=17.3dB;Pm=-41.9度；由此可知Pm=-41.9度<40度系统不稳定。需加入校正环节改善系统。（5） 选定校正方案采用串联滞后校正系统由r'=r-6度，r为要求的40有r'=46度1. r'（wc）=46度得wc

10、=2.7rad/s2. L(wc)=29.9 20lgb+l(wc)=0 得b=0.0324.1/bT=0.1wc 得T=115.74s校正装置的传递函数G=（3.7s+1）/(115.74s+1)(6） 判断校正装置clearclcnum=101;den=conv(1 0,conv(0.1 1,0.2 1);Gs=tf(num,den);num1=3.7 1;den1=115.74 1;Gs1=tf(num1,den1);Gs2=series(Gs,Gs1);bode(Gs,'b-',Gs2,'g-'); r'= 40.5度>40度 ，符合要求。

11、 第五章 求此系统的阶跃响应曲线3. 已校正系统阶跃响应图clearclcnum=101;den=conv(1 0,conv(0.1 1,0.2 1);Gs=tf(num,den);num1=3.7 1;den1=115.74 1;Gs1=tf(num1,den1);Gs2=series(Gs,Gs1);sys=feedback(Gs2,1);t=0:0.01:5;step(sys,t);xlabel('t')ylabel('Gf')title('已校正系统阶跃响应图') 分析系统阶跃响应的性能指标：Tp=1s；Ts=2.8s超调量=36.5%且

12、采用校正装置后系统稳定，系统的阻尼程度适中。第六章 绘画模拟电路用SIMULINK进行仿真1. 未校正系统2.已校正系统3. 分析串联滞后校正系统效果明显，使系统稳定。5.致谢每一个课程设计都是一个挑战！首先要由衷感谢我们的指导老师许慧老师， 你指导了我顺利的独立地完成了这一次的课程设计。期间，让我学到了许多在实践中需注意的问题。包括如何根据课题制定方案，怎样思考问题，然后如何去收集整理资料，之后怎样组织材料撰写论文等等，这为我们即将面临的毕业设计等各类课题的设计打下了一定的基础。甚至在以后的工作和学习生活中也会受益。 虽然我学了MATLAB，不少课本上也有提到过 MATLAB，但是我还是不怎

13、么熟练，通过这次自动控制原理课设让我更好地学会了如何去使用这个软件。自动控制原理的知识在课堂上掌握的也不是很好，所以这次课程设计对于我来说真是难度不小啊。在很多人眼中为期一周的课程设计或许是一种煎熬，这是可以理解的，在这一周当中，我们不仅要完成这个课程设计，而且还要学习其他专业课。 对于MATLAB 的学习，我们先从以前教材中翻看相关的内容，因为这些书上讲的比较精简易懂，看完之后便对MATLAB 有了更深地了解和懂得了一些简单编程，接下来我再去图书馆借相关的书籍进行借鉴和参考，当要用什么功能时，就在书上翻看相应部分的内容，这样MATLAB就应用起来了。 对于自动控制原理的相关知识，我重新翻看好几遍教材，特别是第六章作了详细地了解，对校正有了较好的认识之后才开始进行单位负反馈系统设计。校正设计时候，在试取值时需要对校正原理有较好的理解才能取出合适的参数，期间我也不是一次就成功，选了几次才选出比较合适的参数。这种不断尝试的经历让我们养成一种不断探索的科学研究 精神，我想对于将来想从事技术行业的学生来说这是很重要的。 每一次课程设计都会学到不少东西，这次当然也不例外。不但对自动控制原理的知识巩固了，也加强了M