自控原理课程设计报告剖析

正 年月日 (一)未校正系统零极点图..............................................5 (二)未校正系统根轨迹分析 5 (三)未校正系统时域分析 8 (四)未校正系统频域分析 9 (一)理论分析 11 (二)理论计算 13 (一)频域分析 15 (二)时域分析 16 (一)典型环节电路图 18 (二)校正后系统电路设计 27 摘要本次课程设计，要求我在掌握自动控制理论基本原理，一般电学系统自动控制方基础上，用MATLAB实现系统的仿真与调试。在课程实习中，先对待校正装置进行务和要求(一)初始条件：G(s)=k设一系统的开环传递函数为：0s(s+1)(0.5s+1)，试设计串联校正网络Gc(s)。(1)系统稳态速度误差系数Kv=5s-1;(2)相角裕度y400。(二)课程实习要求：(1)利用MATLAB绘制未校正系统的开环和闭环零极点图(2)绘制根轨迹，分析未校正系统随着根轨迹增益变化的性能(如：稳定性、快速(3)绘制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。3.选定合适的校正方案(如：串联滞后/串联超前/串联滞后-超前等)，理论分析并析(一)未校正系统零极点图(1)指令：>>n=[1];(2)零极点图：10.6-1-1.8-1.6-1.4-1.2-1-0.8-0.6-0.4-0.2(二)未校正系统根轨迹分析(1)指令：>>n=[5];(2)根轨迹图：432110-10-1-10122.分析:(3)交点：a=-1(jw)3+3(jw)2+2(jw)+k*=0即Kw=0K*=6A0.80.60.40.2StepResponse0024681012141618Time(sec)K*=1时的单位阶跃曲线A1.61.41.20.80.60.40.2StepResponse003551015202530035K*=3时的单位阶跃曲线TimeK*=3时的单位阶跃曲线A10.80.60.40.2StepResponse00000000Time(sec)K*=4时的单位阶跃曲线ededA28642000K*=5时的单位阶跃曲线K*=6时的单位阶跃曲线K*=7时的单位阶跃曲线ededA20.80.60.40.2StepResponse00520052055Time(sec)A轨迹KAStepResponse8642000(三)未校正系统时域分析vv=K=5(1)指令：>>n=[5];dconvconv;A864200505(四)未校正系统频域分析(1)指令：dconvconv;eesees(2)开环传函的bode图：aMaaPhaPGm=-4.44dB(at1.41rad/sec),Pm=-13deg(at1.8rad/sec)0(一)理论分析B理滞后校正就是在前向通道中串联传递函数为G(s)的校正装置来校正控制系统，cG(s)的表达式如下所示。c1T01aT3．滞后校正的零、极点分布如图所示图3.2滞后校正的零、极点图从图3.2可知，零点总是位于极点左边a(<1)，改变a与T的值，零、极点可以在s平面负实轴上的任意位置，从而产生不同的校正效果。cccc也就是说，如果把截止频率降低到'，系统才具有要求的相位裕度，可以用滞后ccccc离'，校正装置的实现较困难；若e取得太大，则'减小，一方面会使附加的增益1cca滞后校正在'处的滞后相角的值。一般，若'较大，e可取小一些，这是因为'大，ccc滞后校正的转折频率1可以配置的远一些，因而在'处产生的滞后相角小；反之，aTcccaTcaTT③在未校正系统的伯德图上量取L0()(或由20lgG0(jc)求取)的分贝值，并令20lgG(j)=20lg1，由此确定参数a(a<1)。0ca这一步的意思是，在=处，设计滞后校正的幅值与原系统的幅值反向相等才c能互相抵消，使校正后系统的截止频率为'。caT510C选1的原则是使()不超过②中所选的e值，aTcc即(')=arctan'Tarctana'Te。要解这个超越方程式比较困难的，但校正时cccc只需要近似值，可以认为惯性环节在'处已经很接近，这样arctana'T=e选c22caT1='cot(e)='taneaTc2c⑤绘制校正后系统的伯德图，校验各项性能指标，若不满足，可重新选择'或1caT(二)理论计算1．校正后的截止频率'计算cccccnccccc令20lgG(jO')=20lg1(a<1)得到滞后系统的a值ca亭a=ccc=0.12153．T的计算aTC1cc正后系统各项性能指标ggg由G(O)=5=1cOO2+10.25O2+1cccgccccccggggOg=12.84dBy参数计算由(二)计算得：a=0.121,T=113；(一)频域分析(1)指令：(2)校正后的系统伯德图：aMesdaMesd(e(ahaSystem:System:sys0System:sys101(二)时域分析(1)指令：>>n=[70,5];(2)校正后阶跃响应曲线：10.800.80.6A0.40.20051520253005152025(1)指令：(2)校正前后阶跃响应曲线1.比例环节(P)A543210-1StepResponse012345678910Time(sec)(1)在保持暂态性能不变的条件下，提高了稳态精度。(2)在保持稳态性能不变的条件下，降低了截止频率，从而增大了相位裕度、幅(3)降低了截止频率，减小了带宽，快速性下降。(4)降低了截止频率，减小了带宽，增强了抗干扰能力。(一)典型环节电路图U(s)传递函数：0=K，其中K=RU(s)U(s)U(s)10i2．积分环节(I)U(s)1U(s)1if图5.8积分环节波形图(C=2μf)3.比例积分环节(PI)传递函数：U0(s)=K+1，其中K=R/R，T=RCU(s)TS1