自動(dòng)控制原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告

年4月19日自動(dòng)控制原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告文檔僅供參考，不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系改正。自控課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)(論文)設(shè)計(jì)（論文）題目單位反饋系統(tǒng)中傳遞函數(shù)的研究學(xué)院名稱ZZZZ學(xué)院專業(yè)名稱ZZZZZ學(xué)生姓名ZZZ學(xué)生學(xué)號(hào)ZZZZZZZZZZ任課教師ZZZZZ設(shè)計(jì)（論文）成績(jī)單位反饋系統(tǒng)中傳遞函數(shù)的研究一、設(shè)計(jì)題目設(shè)單位反饋系統(tǒng)被控對(duì)象的傳遞函數(shù)為（ksm7）1、畫出未校正系統(tǒng)的根軌跡圖，分析系統(tǒng)是否穩(wěn)定。2、對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行串聯(lián)校正，要求校正后的系統(tǒng)滿足指標(biāo)：（1）在單位斜坡信號(hào)輸入下，系統(tǒng)的速度誤差系數(shù)=10。（2）相角穩(wěn)定裕度γ>45o,幅值穩(wěn)定裕度H>12。（3）系統(tǒng)對(duì)階躍響應(yīng)的超調(diào)量Mp<25%,系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間Ts<15s3、分別畫出校正前，校正后和校正裝置的幅頻特性圖。4、給出校正裝置的傳遞函數(shù)。計(jì)算校正后系統(tǒng)的截止頻率Wc和穿頻率Wx。5、分別畫出系統(tǒng)校正前、后的開環(huán)系統(tǒng)的奈奎斯特圖，并進(jìn)行分析。6、在SIMULINK中建立系統(tǒng)的仿真模型，在前向通道中分別接入飽和非線性環(huán)節(jié)和回環(huán)非線性環(huán)節(jié)，觀察分析非線性環(huán)節(jié)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。7、應(yīng)用所學(xué)的知識(shí)分析校正器對(duì)系統(tǒng)性能的影響（自由發(fā)揮）。二、設(shè)計(jì)方法1、未校正系統(tǒng)的根軌跡圖分析根軌跡簡(jiǎn)稱根跡，它是開環(huán)系統(tǒng)某一參數(shù)從0變?yōu)闊o(wú)窮時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)特征方程式的根在s平面上變化的軌跡。1）、確定根軌跡起點(diǎn)和終點(diǎn)。根軌跡起于開環(huán)極點(diǎn)，終于開環(huán)零點(diǎn)；本題中無(wú)零點(diǎn)，極點(diǎn)為：0、-1、-2。故起于0、-1、-2，終于無(wú)窮處。2）、確定分支數(shù)。根軌跡分支數(shù)與開環(huán)有限零點(diǎn)數(shù)m和有限極點(diǎn)數(shù)n中大者相等，連續(xù)而且對(duì)稱于實(shí)軸；本題中分支數(shù)為3條。3）、確定根軌跡漸近線。漸近線與實(shí)軸夾角為φa，交點(diǎn)為：σaφa=(2k+1)πn-mk=0,1,2······則：φa=π3、4）、確定根軌跡在實(shí)軸上的分布。在（-1，0）、（-∞，-2）區(qū)域內(nèi)，右邊開環(huán)實(shí)數(shù)零極點(diǎn)個(gè)數(shù)5）、確定根軌跡分離點(diǎn)與分離角。分離點(diǎn)坐標(biāo)d是以下方程的解：1求得：d=-0.42，同時(shí)分離角為：±906）、根軌跡與虛軸交點(diǎn)。由閉環(huán)方程得0得：s應(yīng)用勞斯判據(jù)：s3s2|3S|6-k31|K令s行首項(xiàng)為0，得K0=6。根據(jù)3令s=jω，得ω=±1.41。根軌跡與虛軸相交7）、matlab驗(yàn)證根軌跡。在matlab中輸入程序：>>G=tf([1],[1320]);>>figure(1)>>pzmap(G);>>figure(2)>>rlocus(G);得到根軌跡圖：由根軌跡圖能夠驗(yàn)證之前的計(jì)算為正確的。8）、分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性當(dāng)增益K0從0逐漸增大到6時(shí)，根軌跡都在左半平面內(nèi)，此時(shí)系統(tǒng)對(duì)0~6的K0值都是穩(wěn)定的；當(dāng)K0增大到大于62、串聯(lián)校正方法研究1）、確定開環(huán)增益。K=則K02）、未校正系統(tǒng)信息。在matlab中畫出伯德圖，程序如下：G=tf([20],[1320]);figure(1)margin(G);如圖所示：由圖可得：未校正系統(tǒng)截止頻率：ωc'=2.43rad/s，相角裕度γ=-28.1°，幅值裕度h=-10.5，系統(tǒng)不穩(wěn)定。3）、串聯(lián)滯后-超前校正在未校正伯德圖上，選擇斜率從-20db/dec變?yōu)?40db/dec的交接頻率作為校正網(wǎng)絡(luò)超前部分的交接頻率：ωb=0.47rad/s據(jù)ts<15s和γ''>45°要求，算得：ωc-20求得：∝=10此時(shí)滯后-超前校正網(wǎng)絡(luò)頻率特性能夠?qū)懗桑篏相應(yīng)已校正系統(tǒng)頻率特性：G利用相角裕度指標(biāo)要求，確定校正網(wǎng)絡(luò)參數(shù)ωaγ能夠求得ωa經(jīng)過(guò)化簡(jiǎn)，求得滯后-超前校正網(wǎng)絡(luò)函數(shù)：G校正后系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)：G4）、驗(yàn)證指標(biāo)（1）驗(yàn)證相角穩(wěn)定裕度γ>45o,幅值穩(wěn)定裕度H>12。在matlab中輸入：G=tf([304185.420],[14.994116.613245.918146.2220]);figure(1)margin(G);[gm,pm,wcg,wcp]=margin(G)校正后伯德圖如圖：相角穩(wěn)定裕度γ=49.3>45o,幅值穩(wěn)定裕度H=12.4>12，符合要求。（2）驗(yàn)證系統(tǒng)對(duì)階躍響應(yīng)的超調(diào)量Mp<25%,系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間Ts<15s。在matlab中輸入：G=tf([304185.420],[14.994116.613245.918146.2220]);sys=feedback(G,1)C=dcgain(sys)[y,t]=step(sys);[Y,k]=max(y);tp=t(k)Mp=(Y-C)/Cstep(sys)系統(tǒng)對(duì)階躍響應(yīng)如圖：由圖可知：超調(diào)量Mp=20%<25%,調(diào)節(jié)時(shí)間Ts=6.7s<15s，符合要求。3、幅頻特性圖分析1）、校正前幅頻特性圖。在matlab中輸入：G=tf([20],[1320]);figure(1)margin(G);如圖所示：由圖可得：未校正系統(tǒng)截止頻率：ωc'=2.43rad/s，相角裕度γ=2）、校正后幅頻特性圖。在matlab中輸入：G=tf([304185.420],[14.994116.613245.918146.2220]);figure(1)margin(G);[gm,pm,wcg,wcp]=margin(G)如圖所示：截止頻率：ωc''=1.44rad/s，穿越頻率ωx''=3.48rad/s，相角穩(wěn)定裕度γ=49.33）、校正裝置的幅頻特性圖。在matlab中輸入：G=tf([15.29.271],[14.99471.611]);figure(1)margin(G);[gm,pm,wcg,wcp]=margin(G)如圖所示：4、校正裝置分析滯后-超前校正網(wǎng)絡(luò)函數(shù)：G由上圖可得，校正后系統(tǒng)的截止頻率Wc=1.44rad/s和穿越頻率Wx=5、奈奎斯特圖分析1）、系統(tǒng)校正前的開環(huán)系統(tǒng)的奈奎斯特圖在matlab中輸入：G=tf([20],[1320]);figure(1)nyquist(G);如圖所示：P=0,由奈氏判據(jù)，N=1，Z=P-R=P-2N=-2，不穩(wěn)定。2）、校正后的開環(huán)系統(tǒng)奈奎斯特圖在matlab中輸入：G=tf([304185.420],[14.994116.613245.918146.2220]);figure(1)nyquist(G);如圖所示：P=2,由奈氏判據(jù)，N=1，Z=P-R=P-2N=0，穩(wěn)定。6、SIMULINK中仿真模型分析1）、前向通道中接入飽和非線性環(huán)節(jié)在SIMULINK中新建：運(yùn)行可得：由圖可得：在前向通道中接入飽和非線性環(huán)節(jié)，降低了系統(tǒng)的超調(diào)量，使得曲線過(guò)度更加平滑順暢。2）、前向通道中接入回環(huán)非線性環(huán)節(jié)在SIMULINK中新建：運(yùn)行可得：由圖可得：在前向通道中接入回環(huán)非線性環(huán)節(jié)，增大了系統(tǒng)的超調(diào)量，加重了系統(tǒng)的震蕩，嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使得系統(tǒng)不再穩(wěn)定。三、設(shè)計(jì)總結(jié)校正器對(duì)系統(tǒng)性能的影響：當(dāng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、靜態(tài)性能不能滿足實(shí)際工程中所要求的性能指標(biāo)時(shí)，能夠調(diào)整系統(tǒng)中能夠調(diào)整的參數(shù)；若經(jīng)過(guò)調(diào)整參數(shù)仍無(wú)法滿足要求時(shí)，則能夠在原有系統(tǒng)中增添一些裝置和元件，人為改變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性能，使之滿足要求的性能指標(biāo)，我們把這種方法稱為校正。增添的裝置和元件稱為校正裝置和校正元件，即校正器。優(yōu)點(diǎn)：校正器除了能夠減小系統(tǒng)誤差外，還能夠增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性，減小非線性特性對(duì)系統(tǒng)性能的影響，改進(jìn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和瞬態(tài)性能，提高系統(tǒng)響應(yīng)速度?？偠灾褪羌忍岣邉?dòng)態(tài)性能，又提高靜態(tài)性能。在整個(gè)設(shè)計(jì)中我懂得了許多書本知識(shí)之外的東西，也培養(yǎng)了我獨(dú)立學(xué)習(xí)的能力，樹立了對(duì)自己工作能力的信心，相信會(huì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。學(xué)習(xí)需要耐心，需要勤奮，需要不斷探索和創(chuàng)新，更要有不驕不躁，堅(jiān)持不懈的精神，同時(shí)，大大提高了我的動(dòng)手的能力，使我充分體會(huì)到了在創(chuàng)造過(guò)程中探索的艱難和成功時(shí)的喜悅。由于時(shí)間比較緊，這個(gè)設(shè)計(jì)做的并不算太理想，可是在設(shè)計(jì)過(guò)程中所學(xué)到的東西是這次課程設(shè)計(jì)的最大收獲和財(cái)富，使我終身受益。學(xué)生學(xué)習(xí)心得經(jīng)過(guò)這次自動(dòng)控制原理的課程設(shè)計(jì)，讓我對(duì)課本知識(shí)的了解更加深入，掌握了根軌跡繪制方法、串聯(lián)校正方法、伯德圖繪制方法、奈奎斯特圖分析方法等，也讓我進(jìn)一步熟悉MATLAB這個(gè)模擬軟件。在整個(gè)設(shè)計(jì)中我懂得了許多書本知識(shí)之外的東西，也培養(yǎng)了我獨(dú)立學(xué)習(xí)的能力，樹立了對(duì)自己工作能力的信心，相信會(huì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。同時(shí)，設(shè)計(jì)過(guò)程也大大提高了我的動(dòng)手的能力，培養(yǎng)了不驕不躁，堅(jiān)持不懈的精神。非常感謝X老師在本次設(shè)計(jì)中的精心指導(dǎo)！學(xué)生（簽名）：年