自动控制原理 课程设计报告 范文(2)

四、 总结 ............................................................................................................................................................... 26 五、参考文献 ......................................................................................................................................................... 26

自动控制原理 课程设计报告 范文

一、课设的任务与要求

I、课设的题目与问题

题目：已知单位负反馈系统被控制对象的开环传递函数

Gk(s)

问题：

K

s(0.1s 1)

1. 分析系统单位阶跃响应的时域性能指标

2. 当k , 时，绘制系统的根轨迹，分析系统的稳定性

3. 对系统进行频域分析，绘制其Nyquist图及Bode图，确定闭环系统的稳定性

4. 用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计，使系统满足如下动态及静态性能指

标：

4.1设计串联校正满足下列性能指标

（1）在单位斜坡信号r(t) t作用下，系统的稳态误差ess 0.01；

''0 ( ) 45c（2）系统校正后，相位裕量。

4.2设计串联校正满足下列性能指标

（1）在单位斜坡信号r(t) t作用下，系统的稳态误差ess 0.005；

''0 ( ) 45c（2）系统校正后，相位裕量。 '

（3）系统校正后，幅值穿越频率 c 50。

II课设的范化要求

单位阶跃响应时域指标的分析：绘制系统的单位阶跃响应曲线，利用曲线计算系统单位阶跃响应的时域性能指标，包括上升时间，峰值时间，调节时间，超调，振荡次数 根据Matlab相关命令绘制系统的根轨迹，通过根轨迹分析系统的稳定性

根据Matlab相关命令绘制系统的Nyquist图和Bode图，由图分析系统的稳定性及稳定裕度 按如下步骤，利用频率域串联校正方法对系统进行的串联校正设计：

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（2）根据求得的值，画出校正前系统的Bode图，并计算出幅值穿越频率、相位裕量(要求利用MATLAB软件编程进行辅助设计),以检验性能指标是否满足要求。若不满足要求，则执行下一步；

（3）画出串联校正结构图，分析并选择串联校正的类型（超前、滞后和滞后-超前校正）。（若可以采用多种方法，分别设计并进行比较） （4）确定校正装置传递函数的参数；

（5）画出校正后的系统的Bode图，并校验系统性能指标(要求利用MATLAB软件编程进行辅助设计)。若不满足，跳到第（4）步。否则进行下一步。

（6）提出校正的实现方式及其参数。（要求实验实现校正前、后系统并得到的校正前后系统的阶跃响应）

（7）若采用不同串联校正方法进行设计，比较不同串联校正方法的特点。（稳定性、稳态性能、动态性能和实现的方便性的比较）

二、设计正文

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I、第一问

1-1 题目的处理

设

K = 10 时 K* = 100

GK = 100/[s(s+1)]

G = 100/[s^2+10s+100]

1-2 题目的代码

在MATLAB 中运行以下代码： GK = tf([100],[1 10 0]); G = tf([100],[1 10 100]); step(G) Wn = 10;

Kexi = 10/(2*Wn); Beta = acos(Kexi);

Wd = Wn*sqrt(1-Kexi^2); Tr = (pi-Beta)/Wd; Tp = pi/Wd;

Ts = 4.4/(Kexi*Wn);

Ct = exp(-pi*Kexi/sqrt(1-Kexi^2))*100;

1-3 运行的的结果

Transfer function——G : 100

----------------------- s^2 + 10 s + 100 Wn = 10 Kexi = 0.5000

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1.0472 Wd =

8.6603 Tr =

0.2418 Tp =

0.3628 Ts =

0.8800 Ct =

16.3034

Step Response

Amplitude

Time (sec)

1-4 比较

以上数据与图中数据相吻合

II 、第二问

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2-1 题目的处理

GK =

K*

------------- s^2 + 10 s

分K* > 0 和K* < 0 两项

2-2 题目的代码

在MATLAB 中运行以下代码： 当K* > 0 时； num = [1];

den = [1 10 0]; rlocus(num,den);

[K p] = rlocfind (num,den) title(‘ROOT LOCUS’);

K* < 0 时 num = [-1]; den = [1 10 0]; rlocus(num,den);

[K* p] = rlocfind (num,den)；

2-3 运行的结果

K* = 72.8796 即 K = 7.28396 p = -14.8934 4.8934

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K>0

ROOT LOCUS

6

4

2

Imaginar

y Axis

-2

-4

-6Real Axis

K<0

Root Locus

2.5

2

1.5

1

Imaginary Axis

0.5

0-0.5

-1-1.5

-2

-2.5

Real Axis

2-4 结论

由图可看出K* > 0 即K > 0可满足系统稳定； 由图可看出 K* < 0 即 K <0 时 ，系统不稳定

III、第三问

3-1 题目的处理

由以上可知 K > 0 时 ,系统都稳定 故设 K = 10 , K* = 100; 则 GK = 100/[s(s+10)]; 3-2 题目的代码

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在 MATLAB 中代码为： num = [100]; den = [1 10 0];

[mag phase w]=bode(num,den) margin(mag,phase, w) nyquist(num,den) grid

3-3 运行的结果

Bode Diagram

Gm = 92 dB (at 2e+003 rad/sec) , Pm = 51.8 deg (at 7.85 rad/sec)

50

Magnitude (dB)Phase (deg)

-50

-10010

10

10

10

10

3

Frequency (rad/sec)

Nyquist Diagram

Imaginary Axis

Real Axis

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3-4 结论

根据nyquist 稳定判据，R=0，P=0，Z=0 可知系统稳定

IV、第四问

第四问中的第一小题

4-1-1题目的分析

由单位斜坡信号作用下

ess< =0.01 得出 K = 100 GK = 100/[s(0.1s+1)];

先做出未校正前的相关图形；

4-1-2题目的代码

Gk = tf([100],[0.1 1 0]); G = feedback(Gk,1); step(G)

num1 = [100]; den1 = [0.1 1 0]; figure(1);

[mag1,phase1,w] = bode(num1,den1); margin(mag1,phase1, w)

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4-1-3运行结果

看图可知不满足相位裕度 > 45

1.81.61.41.2

Amplitude

10.80.60.40.2

Time (sec)

Bode Diagram

Gm = 72 dB (at 2e+003 rad/sec) , Pm = 18 deg (at 30.8 rad/sec)

100

Magnitude (dB)Phase (deg)

50

-50

-100

10

10

10

10

10

3

Frequency (rad/sec)

（图见附录）

4-1-4 系统的校正

4-1-4-1 超 …… 此处隐藏：3207字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……