昆明学院自动控制原理课程设计

1、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3班 设 计 者： 杨承明 学 号： 201104170125 指导教师：杨祖元，李云娟 设计时间：2013.12.162013.12.20 昆明学院课程设计（大作业）任务书姓 名：杨承明院（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：201104170125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

2、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（2013.12.1

3、62013.12.20）内完成规定的题目。指导教师签字 年 月 日 课程设计（大作业）成绩学号：201104170125 姓名：杨承明 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：通过这几天对matlab软件的学习觉得很是有意思，即使matlab软件界面全部是英文，而且有很多专业的词汇，有些看都看不懂，但是通过自己不断的努力，最终还是把老师布置的任务给完成了。在这其中，我遇到了很多的问题，就比如第九题的简单的画图，开始几个题简单的传递函数都不会，但是通过问同学，问老师，上网查阅资料，最终还是把这些任务给完成了，每当自己攻克了自己不会的问题的时候都会感觉到有说不出的成

4、就感。我觉得我们的学习就是应该多有一些这样自己动手的课程，这样既能巩固理论知识又能锻炼自己对新事物的学习能力。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1.用matlab语言编制程序，实现以下系统：1） 解：num=5,24,18; den=1,4,6,2,2; G=tf(num,den) Transfer function: 5 s2 + 24 s + 18 - s4 + 4 s3 + 6 s2 + 2 s + 2 2）解：num=4*conv(conv(1,2,1,6,6),1,6,6);den=conv(conv(conv(conv(1,0,1,1),1,1),1

5、,1),1,3,2,5); tf(num,den)Transfer function: 4 s5 + 56 s4 + 288 s3 + 672 s2 + 720 s + 288-s7 + 6 s6 + 14 s5 + 21 s4 + 24 s3 + 17 s2 + 52.两环节G1、G2串联，求等效的整体传递函数G(s) 解：G1=tf(1,1,3); G2=tf(7,1,2,1); G=G1*G2Transfer function: 7-s3 + 5 s2 + 7 s + 33.两环节G1、G2并联，求等效的整体传递函数G(s) 解：G1=tf(1,1,3);G2=tf(7,1,2,1);

6、G=parallel(G1,G2) Transfer function: s2 + 9 s + 22-s3 + 5 s2 + 7 s + 34.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：G1=tf(3,100,1,2,81);G2=tf(2,1,5);G=feedback(G1,G2)Transfer function: 3 s2 + 115 s + 500-s3 + 7 s2 + 97 s + 6055.已知某闭环系统的传递函数为，求其单位阶跃响应曲线，单位脉冲响应曲线。解：单位阶跃响应程序：sys=tf(10,25,0.16,1.96,10,25);step(sys

7、); 单位脉冲响应程序：sys=tf(10,25,0.16,1.96,10,25); impulse(sys);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；分析阻尼比分别为0.5、1时系统的稳定性。解：(1) 程序如下：w=0:2:10;kosai=0.5;figure(1)hold onfor Wn=wnum=Wn2;den=1,2*kosai*Wn,Wn2;step(num,den)endgrid on; 注：从右到左是2，4，6，8，10的单位阶跃响应曲线w=-2kosai=0.5;figur

8、e(1)Wn=wnum=Wn2;den=1,2*kosai*Wn,Wn2;step(num,den)grid on;title(单位阶跃响应)xlabel(时间)ylabel(振幅)w =-2Wn = -2单位阶跃响应图:（2）分析阻尼比分别为0.5、1时系统的稳定性。1）当=-0.5时： 程序： w=-2:2:10; kosai=-0.5;hold onfor Wn=wden=1,2*kosai*Wn,Wn2;v=roots(den)endv = -1.0000 + 1.7321i -1.0000 - 1.7321iv = 0 0v = 1.0000 + 1.7321i 1.0000 - 1

9、.7321iv = 2.0000 + 3.4641i 2.0000 - 3.4641iv = 3.0000 + 5.1962i 3.0000 - 5.1962iv = 4.0000 + 6.9282i 4.0000 - 6.9282iv = 5.0000 + 8.6603i 5.0000 - 8.6603i由特征根可得，当w=-2时系统稳定，当w=0时系统临界稳定，当w=2、4、6、8、10时，系统不稳定。2）当=-1时：程序：clear w=-2:2:10;kosai=-1;hold onfor Wn=wden=1,2*kosai*Wn,Wn2;v=roots(den)endv = -2 -

10、2v = 0 0v = 2 2v = 4 4v = 6.0000 + 0.0000i 6.0000 - 0.0000iv = 8 8v = 10 10由特征根可得，当w=-2时系统稳定，当w=0时系统临界稳定，当w=2、4、6、8、10时，系统不稳定。7.单位反馈系统前向通道的传递函数为： ，试绘制该系统的Bode图和Nyquist曲线，说明软件绘制曲线与手动绘制曲线的异同。解：程序 num=2,8,12,8,2;den=1,5,10,10,5,1;Bode(num,den) grid num=2,8,12,8,2;den=1,5,10,10,5,1;nyquist(num,den)v=-2,

11、2,-2,2;axis(v)grid title(Nyquist曲线)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特性曲线，并求出系统的幅值与相位裕量。解：程序G=tf(1,5,conv(conv(1,0,1,1),1,2)； bode(G)G=tf(1.5,conv(conv(1,0,1,1),1,2);Gm,Pm=margin(G)Gm = 4.0000Pm = 41.53409.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。解：本人学号后三位为125

12、，所以K=125. num1=1; den1=1,0; sys1=tf(num1,den1); num2=125; den2=1,9; sys2=tf(num2,den2); sys12=sys1*sys2; G=feedback(sys12,1); step(G)grid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,闭环系统的函数： 125-s2 + 9 s + 125（1）峰值时间 G1=tf(125,1,9,125);y,t=step(G1);Y,K=max(y);tp=t(K)tp = 0.3031（2）延迟时间td y,t=step(G1); c=dcgain

13、(G); i=1; while y(i) td=t(i)td = 0.1049（3）上升时间 G1=tf(125,1,9,125); y,t=step(G1); c=dcgain(G); n=1; while y(n) tr=t(n)tr = 0.1632（4）调节时间 c=dcgain(G); i=length(t); while(y(i)0.98*c)&(y(i) G1=tf(125,1,9,125); y,t=step(G1); c=dcgain(G1); Y,K=max(y); a=(Y-c)/ca = 0.2510*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c=40rad/s、相位裕度45解：（1）求原系统的截止频率c、相位裕度程序：clearG=tf(100, 0.04, 1, 0);Gw, Pw, Wcg, Wcp=margin(G) 运行结果： Gw = InfPw =28.0243Wcg =InfWcp =46.9701由运行结果可知相位裕度满足要求，截止频率不满足要求。所以采用超前校正。校正程序：clearG1=tf(100,0.04 1 0);G2=tf(0.625 2.75 1,0.625 22