课程设计电气1403刘鹏11

武汉理工大学《自动控制原理A》课程设计说明书纲领在现代科学技术的众多领域中，自动控制技术起着越来越重要的作用，而自动控制理论是自动控制科学的中心。自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学。它的发展初期，是以反应理论为基础的自动调治原理，主要用于工业控制。形成完满的自动控制理论系统，这就是以传达函数为基础的经典控制理论，它主要研究单输入单输出的线形定常数系统的分析和设计问题。【1】在已知一个自动控制系统的构造形式及其全部参数的基础上，研究其坚固性条件，以及在典型输入信号的作用下，系统的坚固、瞬态性能与系统构造、参数与输入信号之间的关系问题，称为系统分析问题。在实质工程中，经常提出其余一个问题，即依照希望的稳态、瞬态性能指标，研究怎样成立知足性能要求的控制系统，这称为系统设计问题。在控制理论课程中，控制系统的设计问题主若是指校正装置的设计。本次课程设计要求利用串通滞后校正网络来校正系统以改进系统性能，第一分析原有系统的稳态、瞬态性能情况，再依照原有系统和初始条件要求来确定滞后校正系统参数，尔后利用MATLAB软件分析校正后的系统可否达到设计要求及其性能。要点字：自动控制滞后校正系统校正MATLAB系统设计系统分析1武汉理工大学《自动控制原理A》课程设计说明书设计目的、要求及原理1.1设计目的经过增加一个滞后校正装置，确定其最适合参数来改变系统性能。1.2设计要求要求系统的静态速度误差系数Kv12s1，相位裕度60。1.3设计原理串通滞后校正的基本源理是利用滞后网络的高频幅值衰减特点，使校正后系统截止频次下降，进而使系统获得足够的相角裕度。其余，能够提高低频段的增益，减小稳态误差。在系统响应速度要求不高而控制噪声电平性能要求较高的情况下，能够考虑采用串通滞后校正。其余，若是待校正系统已具备满意的动向性能，仅稳态性能不能够知足指标要求，也能够采用串通滞后校正以提高系统的稳态精度，同时保持其动向性能依旧知足性能指标经过分析系统渐渐确定其改正系统参数，详细步骤以下：依照稳态误差要求求出K值；2.画出未校正系统的波特图，并求出相角裕度，截止频次c，幅值裕度h;波特图上绘制出4.依照稳态误差的要求，求出校正系统的截止频次c；15.依照公式20lg|G0(jc)|+20lgb=0和bT=0.1c,可求出b和T；考证已校正系统的相位裕度和幅值裕度；2武汉理工大学《自动控制原理A》课程设计说明书设计分析与计算最小K值的频域分析已知转子绕线机控制系统的开环传达函数为:KG(s)s(s5)(s10)要求系统的静态速度误差系数Kv12s1，相位裕度60。静态速度误差系数KVlimsG(s)K12s1s050600得知足系统静态速度误差K=600，开环传达函数为G(s)s(s5)(s10)用计算法求相位裕度，幅值裕度Lg求相位裕度A（）=G(s)600=G( )6002100s|s5||s10|252令A()1,得截止频次c=6.31rad/s故(c)90tg10.2ctg10.1c-173.85。相位裕度=180（）。=6.148.c=180-173.85求幅值裕度令(g)90tg10.2tg10.1wg。g-180得g=7.07rad/s所以G(s)600=0.8g25g2100g2幅值裕度:Lg20logA(g)1.938(dB)3武汉理工大学《自动控制原理A》课程设计说明书用BODE图分析求相位裕度，幅值裕度使用MATLAB软件可直接获得系统的BODE图和相位,幅值裕度。程序的代码以下：num=600;den=[1,15,50,0];g1=tf(num,den);[mag,phase,w]=bode(g1);margin(g1);grid;图2-1.3校正前系统的BODE图仿真结果为Gm=1.94dBPm=6.18deg与2.2的理论值计算结果相同4武汉理工大学《自动控制原理A》课程设计说明书2.2滞后校正网络参数确定2.1.1用计算法求参数(c')1808得c=1.3rad/s令20lg|G0(jc)|20lgb0得b=0.11410.1c得T=67.47bT使用matlab查验可否符合要求：图计数法校正后系统BODE图使用matlab进行编程求解操作简单，可迅速获得结果。设计要求幅值裕度60，再附加上5，则=65设滞后校正器的传达函数为：bTs1Gc(s)Ts1600校正前的开环传达函数为：G(s)s(s5)(s10)用matlab编写的求滞后校正的程序代码以下：5武汉理工大学《自动控制原理A》课程设计说明书所以滞后校正网络的传达函数查验校正后的性能指标，校正后系统的

【3】G(s)17.1s1c347.9s1开环传达函数为:Gc(s)G0(s)600(17.1s1)s(s5)(s10)(347.9s1)使用matlab查验可否符合要求，程序代码为：K=600;n1=1;d1=conv(conv([10],[15]),[110]);s1=tf(K*n1,d1);n2=[17.11];d2=[347.91];s2=tf(n2,d2);sys=s1*s2;[mag,phase,w]=bode(sys);margin(sys)6武汉理工大学《自动控制原理A》课程设计说明书图编程求解校正后系统BODE图由图可知幅值裕度Gm=28dB相位裕度Pm=74.5deg（由编程求得的相位裕度更好所以采用编程求得的校正系统）2.3用MATLAB画校正前后的轨迹校正前的根轨迹由于系统未校正前的开环传达函数为：G(s)

600s(s5)(s10)使用MATLAB画根轨迹代码以下：7武汉理工大学《自动控制原理A》课程设计说明书校正后的根轨迹系统校正后的开环传达函数为：600(17.1s1)G(s)s(s5)(s10)(347.9s1)使用MATLAB画根轨迹代码以下：num=600*[17.11]den=conv(conv([110],[347.91]),[150])rlocus(num,den)8武汉理工大学《自动控制原理A》课程设计说明书2.4用Matlab对校正前后的系统进行仿真分析校正前系统系统未校正前的开环传达函数为：G(s)6005)(s10)s(s单位负反应闭环传达函数为C(s)600(s)15s250s600R(s)s3使用MATLAB求校正前系统单位阶跃响应的性能指标代码以下：9武汉理工大学《自动控制原理A》课程设计说明书校正前系统单位阶跃响应10武汉理工大学《自动控制原理A》课程设计说明书2.4.2校正前系统单位阶跃响应由图可知校正前系统单位阶跃响应性能指标：1上升时间tr=0.184s2峰值时间tp=0.556s3调治时间ts=12.8s4峰值幅值h（tp）=1.795稳态值h(∞)=16超调量h(tp)h( )σ%100%=79%h()校正后系统系统校正后的开环传达函数为：600(17.1s1)G(s)s(s5)(s10)(347.9s1)单位负反应闭环传达函数为C(s)600(17.1s1)(s)45219.5s317410s210310s600R(s)347.9s使用MATLAB求校正后系统单位阶跃响应的性能指标代，代码以下：num=600*[17.1,1]den=[347.9,5219.5,17410,10310,600]s1=tf(num,den);Lsys=tf(num,den);[y,t,x]=step(Lsys);plot(t,y)11武汉理工大学《自动控制原理A》课程设计说明书校正后系统单位阶跃响应2.4.2校正后系统单位阶跃响应由图可知校正后系统单位阶跃响应性能指标：1上升时间tr=2.92s2峰值时间tp=7.86s3调治时间ts=28.8s4峰值幅值h（tp）=1.075稳态值h(∞)=16h(tp)h( )=7.1%超调量σ%100%h()12武汉理工大学《自动控制原理A》课程设计说明书心得领悟此次课设诚然时间较短，可是经过此次课程设计，自己亲自依照课设题目，分析设计要求，计算系统的稳态误差，相位裕度和幅值裕度，并利用matlab来进行考证和形象的分析系统的坚固、瞬态性能。此次课设让我理解了滞后校正网络的基本源理是利用滞后网络的高频幅值衰减特点，使的系统截止频次下降，进而使系统获得足够的相角裕度。滞后利用原系统自己的相角性能，这点与超前校正不相同的。可是滞后校正网络也有其缺点：1要求系统动向响应快，滞后校正由于c减小，可能不知足；2当滞后校正的T太大时，实质应用难以实现；3原系统的低频区可能找不到对应相位裕度。同时我也意识到自动控制原理的学习，不是可是限制于学习课本上的一些理论知识，更重要的是将理论灵便而且变换的运用到实质中，这样才能学有所用，作为新一代的大学生，我们决不能够走入死念书的歧路，而学校组织学生进行课程设计，旨在加强学生的实质运用能力，将课本知识与实质联系起来，更好的加深对理论的掌握和运用。课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实责问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实质工作能力的详细训练和察看过程.随着科学技术发展的日新日异，自动化控制已经成为现在计算机应用中空前活跃的领域，在生活中能够说得是无处不在。其次经过起此次课程设计，不但能够坚固了以前所学过的知识，而且学到了好多在书本上所没有学到过的知识。同时我还学会了怎样用matlab绘制波特图和根轨迹图，锻炼了我自主学习的能力和着手能力，此次校正系统的设计，我不但运用了自控课本上的知识，还学会了运用MATLAB软件。总之，在此次课程设计过程中，我既学习到了自动控制原理的知识，又学到了好多书本之外难得的分析着手能力。使我懂得了理论与实质相结合是很重要的，只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，才能真实为社会服务，进而提高自