自動(dòng)控制原理課程設(shè)計(jì)

1、PAGE 13 -學(xué)號(hào)：1309211004 2013 - 2014 學(xué)年 第 2 學(xué)期 自動(dòng)控制原理課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告題 目： 自動(dòng)控制原理課程設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 電氣工程學(xué)院自動(dòng)化 班 級(jí)： 13自動(dòng)化專升本 姓 名： 指導(dǎo)教師： 成 績(jī)： 電氣工程學(xué)院2014 年 5月 25日目錄一摘要 2 二課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 3 (1)設(shè)計(jì)目的 3 （2）設(shè)計(jì)任務(wù) 3 （3）設(shè)計(jì)具體要求 3三正文 4 （1）任務(wù)一 4 （2）任務(wù)二 5四參考文獻(xiàn) 7五附錄程序 7六自我評(píng)價(jià) 10七指導(dǎo)老師評(píng)價(jià) 11摘要自動(dòng)控制原理是自動(dòng)化類、自動(dòng)化類等專業(yè)的必修課程，是理論性和工程應(yīng)用性都很強(qiáng)的技術(shù)基礎(chǔ)課。其特點(diǎn)是具有

2、很強(qiáng)的概括性和抽象性，數(shù)學(xué)含量的大且計(jì)算復(fù)雜。本課程設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包括古典自動(dòng)控制理論設(shè)計(jì)和自控控制MATLAB的仿真，通過(guò)MATLAB的仿真，這不但便于核實(shí)運(yùn)算結(jié)果的正確性，而且便于修改參數(shù)，從而完善控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)性能。MATLAB主要是面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案。通過(guò)本課程設(shè)計(jì)，掌握自動(dòng)控制理論工程設(shè)計(jì)的基本方法和軟件的使用。課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書一設(shè)計(jì)的目的1.根

3、據(jù)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)繪制系統(tǒng)根軌跡圖。2. 會(huì)利用MATLAB軟件繪制系統(tǒng)的仿真連接圖和階躍圖。3. 設(shè)計(jì)系統(tǒng)的校正裝置，相角超前用于補(bǔ)償固有部分 附近的相角滯后，以提高相角穩(wěn)定裕量，改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。二、設(shè)計(jì)任務(wù)1.設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)矯正裝置，使得系統(tǒng)的相角裕量和截止頻率滿足設(shè)計(jì)要求。2畫出系統(tǒng)的bode圖，并分析系統(tǒng)的性能。3建立系統(tǒng)的仿真連接圖，通過(guò)編寫M文件作出系統(tǒng)的響應(yīng)曲線。4.使用bode圖設(shè)計(jì)法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行超前串聯(lián)校正設(shè)計(jì)，是指滿足設(shè)計(jì)要求。三、設(shè)計(jì)具體要求任務(wù)一：1.編程繪制原系統(tǒng)的Bode圖，并畫出根軌跡；2整理設(shè)計(jì)結(jié)果任務(wù)二：1.學(xué)會(huì)編制開環(huán)傳遞函數(shù)Bode圖即會(huì)使用

4、Bode函數(shù)2.求出系統(tǒng)的相對(duì)裕量（幅值裕量與相角裕量）3.整理設(shè)計(jì)結(jié)果。四、正文任務(wù)一：1.畫出開環(huán)傳遞函數(shù)為 的控制系統(tǒng)的根軌跡和K=16時(shí)的BODE圖。 *設(shè)計(jì)步驟 （1）根據(jù)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)繪制根軌跡圖 做原系統(tǒng)的根軌跡圖，檢查是否滿足題目設(shè)計(jì)系能指標(biāo)與要求在程序文件下執(zhí)行如下Matlab程序 num=1 2;den=conv(conv(conv(1 2,1 4),1 8),1 2 5); rlocus(num,den); %出現(xiàn)根軌跡圖 num=16,32; num=1 2;den=conv(conv(conv(1 2,1 4),1 8),1 2 5); bode(num,den)

5、 %出現(xiàn)BODE圖2.根軌跡圖3. 系統(tǒng)的BODE圖任務(wù)二：已知單位負(fù)反饋系統(tǒng)被控對(duì)象的傳遞函數(shù)為: 試用Bode圖設(shè)計(jì)法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行超前串聯(lián)校正設(shè)計(jì)，使之滿足：（1）在斜坡信號(hào)r(t)=R t作用下，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差ess0.001R;（2）系統(tǒng)校正后,相角穩(wěn)定裕度4348。 系統(tǒng)寫波響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)誤差：num=1;den=conv(conv(1,0,0.1,1),0.001,1)p=roots(den);sys=tf(num, den);t=0:0.01:3;u=t;y=lsim(sys,u,t,0);subplot(121),plot(t, y),grides=1-y;subplot(122),

6、plot(t,es),grid系統(tǒng)的頻率特性：num=1;den=conv(conv(1,0,0.1,1),0.001,1)f=tf(num,den);figure(1)margin(f)figure(2)bode(f)S= allmargin(f)結(jié)果如下：den =0.0001 0.1010 1.0000 0S = GainMargin: 1.0100e+003 GMFrequency: 100.0000 PhaseMargin: 84.2610 PMFrequency: 0.9950 DelayMargin: 1.4781 DMFrequency: 0.9950 Stable: 1五、參

7、考文獻(xiàn) 胡壽松.自動(dòng)控制原理第五版.科學(xué)出版社 胡壽松.自動(dòng)控制原理習(xí)題解答第五版.科學(xué)出版社 劉豹.自動(dòng)控制原理.機(jī)械工業(yè)出版社六、附錄程序1、繪制未校正系統(tǒng)零極點(diǎn)圖的程序：num=20;den=1,1,0;Gs=tf(num,den)figure(1)pzmap(Gs)title(開環(huán)零極點(diǎn))GBs=feedback(Gs,1)figure(2)pzmap(GBs)title(閉環(huán)零極點(diǎn))2、繪制校正前系統(tǒng)根軌跡圖的程序：num=1;den=1,1,0;rlocus(num,den)title(校正前根軌跡圖)3、繪制校正前階躍響應(yīng)以及計(jì)算一些性能指標(biāo)的程序：clcnum=20;den=1,1,20;zhongzhi=polyval(num,0)/polyval(den,0) %計(jì)算終值step(num,den)gridtitle(校正前階躍響應(yīng))y,x,t=step(num,den);ym=max(y); %求峰值tp=spline(y,t,ym) %spline（）為插值函數(shù)，求得y為最大值ym時(shí)對(duì)應(yīng)的時(shí)間tpovershoot=100*(ym