自动控制课程设计滞后环节校正

1、自动化专业课程设计报告自动控制原理设计班级：自动化10 1班姓名：许 明学号： 1005130116时间：2012年12月17-21日地点:实验楼17实验室扌旨导教师:崔新忠自动化教研室自动控制课程设计、课程设计题目：已知单位反馈系统开环传递函数如下：kGO ss(s + 2.8 )(s + 0.8 )试设计滞后校正环节，使其校正后系统的静态速度误差系数 Kv岂6，系统阻尼比-=0.307，绘制校正前后系统的单位阶跃响应曲线，开环Bode图和闭环Nyquist图。二、课程设计目的1. 通过课程设计使学生更进一步掌握自动控制原理课程的有关知识，加深 对内涵的理解，提高解决实际问题的能力。2. 理

2、解自动控制原理中的关于开环传递函数，闭环传递函数的概念以及二 者之间的区别和联系。3. 理解在自动控制系统中对不同的系统选用不同的校正方式，以保证得到 最佳的系统。4. 理解在校正过程中的静态速度误差系数，相角裕度，截止频率，滞后角 频率，分度系数，时间常数等参数。5. 学习MATLAB在自动控制中的应用， 会利用MATLAB提供的函数求出所需要得到 的实验结果。三、课程设计内容1.已知单位反馈系统开环传递函数如下：k go ss(s + 2.8 )(s + 0.8 )试设计滞后校正环节，使其校正后系统的静态速度误差系数 Kv兰6，系统阻尼比 -0.307，绘制校正前后系统的单位阶跃响应曲线，

3、开环 Bode图和闭环Nyquist 图。假定此时的系统的静态速度误差系数是符合要求的，即：K6则有：KV lim sG s H s巳咛s H sk=lim6J0 s s 2.8 s 0.8计算出未校下面画出未校正前系统的对数频率特性，如图所示可知Wc =1.91rad/s,正前的系统的相角裕量(0) =90 -arctan( 0.682 Wco ) -arctan( 2.3875 Wc ) =-40.1相角裕量为负值，说明未校正系统不稳定。K=13.44,故有;G S13.44s(s +2.8 0s + 0.8 ) sA3 + 3.6s2 +2.24S1）对原系统进行分析，绘制该系统的单位阶

4、跃响应其对应的代码：num=13.44;den=1 3.6 2.24 0;sys=tf( nu m,de n);sys仁feedback(sys,1);t=0:0.1:45;step(sys1,t)hold ongridhold offtitle(校正前单位阶跃响应图)2）未校正前的根轨迹图file Edit View Insert Tools Desktop .Vindow 旦电IpRool. LocuHI一左 RUaEE对应代码：num=13.44;den=1,3.6,2.24,0; rlocus( nu m,de n); grid;41 回Bode DiagiranndB (st 1.5

5、 nadiBBc, Pm -11 jG dsg (at 1.91 radMicGm *4#1G1101Frequency (rgrd/sec)r. - L B- J! a.a. L X -s. L L-I SillO5oQ c-0090对应代码：num=13.44; den=1 3.6 2.24 0; sys=tf( nu m,de n); margi n(sys) hold on grid hold off由图中可得：截止频率Wc=1.91 相角裕度丫 =-11.6 幅值裕度h=-4.443）校正前博德图H Figure ：1File Edrt View Insert Tao Is Desk

6、top Aindow HelpU 已心 tjX a IeI a Q4）校正前奈斯图Figure 1File Edit View Insert Tools Desktop Window Help in 口Nyqust Diagram0 1Real AxisQ-2 tAg AJBUaBE-其相应代码：num=13.44;den=1 3.6 2.24 13.44;nyq uist (nu m,de n) title（校正前奈奎斯特图）四、校正装置设计(1)参数的确定 在系统前向通路中插入一个相位滞后的校正装置，确定校正装置传递函数。0.307 ；三 0.01； 取=30.7 , 一般取 / c (W

7、c)=-6。-14 由=(Wc)+ . c (Wc),取c (Wc)=-10 ，计算得 (Wc) =40.7 通过 (Wc)可求得 Wc=0.597根据20lgb+L( Wc )=0,1 bt =0.2Wc“确定滞后网络参数 b和T:b=0.127 ,T=65.95即校正装置传递函数为：G=1 8.38 S1 +65.95 s校正后的传递函数为：13.44 +112 .6272 s65 .95sA4238 .42sA3 151 .328 sA22.24s13.441 +8.38sG S 二s(s +2.8+0.8 ) 1 +65 .95s校正后的单位阶跃图num=13.44;den=1 3.6

8、 2.24 0;sys1=tf( nu m,de n);nu m1=8.38 1;den 1=65.95 1;sys2=tf( nu m1,de n1);sys3=sys1*sys2;sys4=feedback(sys3 ,1);t=0:0.1:45;step(sys4,t)从阶跃响应图中可以看到，系统此时稳定3 ）校正后的博德图门 Figure 1Hie Edit View Insert Tool Desktop Window HelpBode C las ram3apn芝冒巨t w-1S0225-270L - J- J- J-L-L10(ap) Qwra匚 d135I 4 III V II

9、Frequency(ra&c)相应代码；num=13.44;den=1 3.6 2.24 0; sys仁tf(nu m,de n); num仁8.38 1; den1=65.95 1; sys2=tf(nu m1,de n1); sys3=sys1*sys2; margin( sys3) grid相角裕度=35.5 幅值裕度=12.5db4）校正后的奈氏图M Figure 1File Edit Vnew Insert Tools Desktop Window Help 曲 h -x f? X 尽匡1 口Real Axis1Hyqutst Diagram5校正后奈氏图代码：num=112.627

10、2 13.44;den=65.95 238.42 151.328 114.867 13.44; nyq uist (nu m,de n)5) 校正后的根轨迹图根轨迹代码：num=221.76 13.44;den=127.15 458.74 252.416 224 13.44;rlocus( num,de n);grid;五、总结通过这次对控制系统的滞后校正设计的分析，让我对串联滞后校正环节 有了更清晰的认识，同时也学会了公式编辑器的基本使用方法，加深了对课本知识的进一步理解。在这次课程设计的过程中，虽然开始有不少知识不是很了解，但通过查找资 料以及咨询同学和老师，最后都得到了解决，在寻找答案的

11、过程中，我学到了很 多平时缺少的东西，也使我深深认识到认真学习的重要性， 平时看似不起眼的一 些知识点在关键时刻却有着重要的作用。同时，这次课程设计让我接触到 Matlab软件，用它对控制系统进行频域 分析，大大简化了计算和绘图步骤，计算机辅助设计已经成为现在设计各种系 统的主要方法和手段，因此熟练掌握各种绘图软件显得尤为重要。在今后的学 习中，我会发挥积极主动的精神，把所学知识与实践结合起来，努力掌握Autocad、Matlab等相关软件的使用方法。在这次课程设计过程，也让我深深地体会团队精神的重要性。 从课程设计 的入手到最后分析，对于一个人来说可能是个不小的挑战，注意到每个细节更是不易，我们班的各位同学在独立思考的基础上，遇到难题互相帮助，使各种 难题得到了解决。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，仅有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来， 从理论中得出结 论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计过程中遇到的问题是很多的， 但我想难免会遇到这样或那样的问题， 同 时在设计的过程中发现了自己的不足之处， 对以前所学过的知识理解得不够深 刻，掌握得不够牢固通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重 新温故。六、