自動控制原理 課程設(shè)計報告 范文

1、 目錄一、課設(shè)的任務(wù)與要求1I、課設(shè)的題目與問題1II課設(shè)的范化要求1二、設(shè)計正文3I、第一問31-1 題目的處理31-2 題目的代碼31-3 運(yùn)行的的結(jié)果31-4 比較4II 、第二問52-1 題目的處理52-2 題目的代碼52-3 運(yùn)行的結(jié)果5K>06K<06III、第三問63-1 題目的處理63-3 運(yùn)行的結(jié)果73-4 結(jié)論8IV、第四問8第四問中的第一小題84-1-1題目的分析84-1-2題目的代碼84-1-3運(yùn)行結(jié)果94-1-4 系統(tǒng)的校正94-1-4-1 超前校正94-1-4-2 滯后校正10第四問中的第二小題114-2-1題目的分析114-2-2題目的代碼114-2-

2、3 運(yùn)行的結(jié)果124-2-4 系統(tǒng)校正124-2-4-1 超前校正124-2-4-2 滯后校正13三、附錄16第一問16第二問17K>017K<017第三問18第四問19第一題19未校正的單位階躍響應(yīng)圖19未校正前的BODE 圖19超前校正19滯后校正21第二題21未校正的單位階躍響應(yīng)圖22可得未校正前的BODE 圖22超前校正22滯后校正23滯后超前校正24四、 總結(jié)26五、參考文獻(xiàn)26 課程設(shè)計（綜合實(shí)驗(yàn)）報告一、課設(shè)的任務(wù)與要求I、課設(shè)的題目與問題題目：已知單位負(fù)反饋系統(tǒng)被控制對象的開環(huán)傳遞函數(shù)問題：1. 分析系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)的時域性能指標(biāo)2. 當(dāng)時，繪制系統(tǒng)的根軌跡，分析系

3、統(tǒng)的穩(wěn)定性3. 對系統(tǒng)進(jìn)行頻域分析，繪制其Nyquist圖及Bode圖，確定閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性4. 用串聯(lián)校正的頻率域方法對系統(tǒng)進(jìn)行串聯(lián)校正設(shè)計，使系統(tǒng)滿足如下動態(tài)及靜態(tài)性能指標(biāo)：4.1設(shè)計串聯(lián)校正滿足下列性能指標(biāo)（1）在單位斜坡信號作用下，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差；（2）系統(tǒng)校正后，相位裕量。4.2設(shè)計串聯(lián)校正滿足下列性能指標(biāo)（1）在單位斜坡信號作用下，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差；（2）系統(tǒng)校正后，相位裕量。（3）系統(tǒng)校正后，幅值穿越頻率。II課設(shè)的范化要求單位階躍響應(yīng)時域指標(biāo)的分析：繪制系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線，利用曲線計算系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)的時域性能指標(biāo)，包括上升時間，峰值時間，調(diào)節(jié)時間，超調(diào)，振蕩次數(shù)根據(jù)Matl

4、ab相關(guān)命令繪制系統(tǒng)的根軌跡，通過根軌跡分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性根據(jù)Matlab相關(guān)命令繪制系統(tǒng)的Nyquist圖和Bode圖，由圖分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性及穩(wěn)定裕度按如下步驟，利用頻率域串聯(lián)校正方法對系統(tǒng)進(jìn)行的串聯(lián)校正設(shè)計：（1）根據(jù)要求的穩(wěn)態(tài)品質(zhì)指標(biāo)，求系統(tǒng)的開環(huán)增益值；（2）根據(jù)求得的值，畫出校正前系統(tǒng)的Bode圖，并計算出幅值穿越頻率、相位裕量(要求利用MATLAB軟件編程進(jìn)行輔助設(shè)計),以檢驗(yàn)性能指標(biāo)是否滿足要求。若不滿足要求，則執(zhí)行下一步；（3）畫出串聯(lián)校正結(jié)構(gòu)圖，分析并選擇串聯(lián)校正的類型（超前、滯后和滯后-超前校正）。（若可以采用多種方法，分別設(shè)計并進(jìn)行比較）（4）確定校正裝置傳遞函數(shù)的參數(shù)；（

5、5）畫出校正后的系統(tǒng)的Bode圖，并校驗(yàn)系統(tǒng)性能指標(biāo)(要求利用MATLAB軟件編程進(jìn)行輔助設(shè)計)。若不滿足，跳到第（4）步。否則進(jìn)行下一步。（6）提出校正的實(shí)現(xiàn)方式及其參數(shù)。（要求實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)校正前、后系統(tǒng)并得到的校正前后系統(tǒng)的階躍響應(yīng)）（7）若采用不同串聯(lián)校正方法進(jìn)行設(shè)計，比較不同串聯(lián)校正方法的特點(diǎn)。（穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)性能、動態(tài)性能和實(shí)現(xiàn)的方便性的比較）二、設(shè)計正文I、第一問1-1 題目的處理設(shè)K = 10 時K* = 100GK = 100/s(s+1)G = 100/s2+10s+1001-2 題目的代碼在MATLAB 中運(yùn)行以下代碼：GK = tf(100,1 10 0);G = tf(100

6、,1 10 100);step(G)Wn = 10;Kexi = 10/(2*Wn);Beta = acos(Kexi);Wd = Wn*sqrt(1-Kexi2);Tr = (pi-Beta)/Wd;Tp = pi/Wd;Ts = 4.4/(Kexi*Wn);Ct = exp(-pi*Kexi/sqrt(1-Kexi2)*100;1-3 運(yùn)行的的結(jié)果Transfer functionG : 100-s2 + 10 s + 100Wn = 10Kexi = 0.5000Beta = 1.0472Wd = 8.6603Tr = 0.2418Tp = 0.3628Ts = 0.8800Ct = 1

7、6.30341-4 比較以上數(shù)據(jù)與圖中數(shù)據(jù)相吻合II 、第二問2-1 題目的處理GK = K*- s2 + 10 s 分K* > 0 和K* < 0 兩項2-2 題目的代碼在MATLAB 中運(yùn)行以下代碼：當(dāng)K* > 0 時；num = 1;den = 1 10 0;rlocus(num,den);K p = rlocfind (num,den)title(ROOT LOCUS);K* < 0 時num = -1;den = 1 10 0;rlocus(num,den);K* p = rlocfind (num,den)；2-3 運(yùn)行的結(jié)果K* = 72.8796 即 K

8、 = 7.28396p = -14.8934 4.8934K>0K<02-4 結(jié)論由圖可看出K* > 0 即K > 0可滿足系統(tǒng)穩(wěn)定；由圖可看出 K* < 0 即 K <0 時 ，系統(tǒng)不穩(wěn)定 III、第三問3-1 題目的處理由以上可知 K > 0 時 ,系統(tǒng)都穩(wěn)定故設(shè) K = 10 , K* = 100;則 GK = 100/s(s+10);3-2 題目的代碼在 MATLAB 中代碼為：num = 100;den = 1 10 0;mag phase w=bode(num,den)margin(mag,phase, w)nyquist(num,den)

9、grid3-3 運(yùn)行的結(jié)果3-4 結(jié)論根據(jù)nyquist 穩(wěn)定判據(jù)，R=0，P=0，Z=0 可知系統(tǒng)穩(wěn)定IV、第四問第四問中的第一小題4-1-1題目的分析由單位斜坡信號作用下< =0.01 得出 K = 100 GK = 100/s(0.1s+1);先做出未校正前的相關(guān)圖形；4-1-2題目的代碼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)4-1-3運(yùn)行結(jié)果看圖可

10、知不滿足相位裕度 > 45（圖見附錄）4-1-4 系統(tǒng)的校正4-1-4-1 超前校正4-1-4-1-1 問題的計算由計算可得 T = 0.04s a = 3.36 ;Gc = (0.s+1)/(0.04s+1);結(jié)構(gòu)圖原理圖4-1-4-1-2 題目的代碼代碼 ；Gk = tf (num0,den0);G = feedback(Gk,1);step(G)代碼； num2 = 0.031 1;den2 = 0.062 1;num0 = conv (num2,num1);den0 = conv (den2,den1);mag0,phase0,w = bode(num0,den0);figure

11、;margin(mag0,phase0, w)4-1-4-1-3 運(yùn)行的結(jié)果（圖見附錄）4-1-4-2 滯后校正4-1-4-2-1問題的計算計算可得 T = 11.87 b = 0.104 ;Gc = (1+1.23s)/(1+11.87s)結(jié)構(gòu)圖原理圖4-1-4-2-2問題的代碼figurenum3 = 1.23 1;den3 = 11.87 1;num4 = conv (num3,num1);den4 = conv (den3,den1);mag4,phase4,w = bode(num4,den4);margin(mag4,phase4,w);由代碼Gk = tf (num4,den4)

12、;G = feedback(Gk,1);step(G)4-1-4-2-3運(yùn)行的結(jié)果（圖見附錄）第四問中的第二小題4-2-1題目的分析由題 在單位斜坡信號作用下，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差 <= 0.005 得出 K = 200;GK = 200/s(0.1s+1);先做出未校正前的相關(guān)圖形；4-2-2題目的代碼由代碼Gk = tf(200,0.1 1 0);G = feedback(Gk,1);step(G)由代碼num1 = 200;den1 = 0.1 1 0;mag1,phase1,w = bode(num1,den1);margin(mag1,phase1,w)4-2-3 運(yùn)行的結(jié)果（圖見附

13、錄）4-2-4 系統(tǒng)校正4-2-4-1 超前校正4-2-4-1-1 題目的計算由計算 可得 T = 0.016s a = 1.63;Gc = (1+0.026s)/(1+0.016s);結(jié)構(gòu)圖原理圖4-2-4-1-2 題目的代碼由代碼 num2 = 0.026 1;den2 = 0.016 1;num0 = conv (num2,num1);den0 = conv (den2,den1);mag0,phase0,w = bode(num0,den0);figure;margin(mag0,phase0,w);由代碼Gk = tf (num0,den0);G = feedback(Gk,1);s

14、tep(G)4-2-4-1-3 運(yùn)行的結(jié)果（見附錄）4-2-4-2 滯后校正4-2-4-2-1 問題的分析計算可得 T = 23.52 b = 0.052 ;Gc = (1+1.22s)/(1+23.52s)結(jié)構(gòu)圖原理圖4-2-4-2-2 問題的代碼由代碼Figurenum3 = 1.22 1;den3 = 23.52 1;num4 = conv (num3,num1);den4 = conv (den3,den1);mag4,phase4,w = bode(num4,den4);margin(mag4,phase4,w);由代碼 Gk = tf (num4,den4);G = feedbac

15、k(Gk,1);step(G)4-2-4-2-3 運(yùn)行的結(jié)果（見附錄）4-2-4-3 滯后超前校正4-2-4-3-1 問題的分析計算可得 Tb = 0.1 = 50 a = 40 = 0.51 rad/sGc = (1+1.28s)(1+0.1s) / (1+5.02s)(1+0.03s) ;結(jié)構(gòu)圖原理圖4-2-4-3-2 問題的代碼由代碼 num5 =conv(20 1,0.1 1) ;den5 = conv(78.4 1,0.0025 1);num6 = conv (num5,num1);den6 = conv (den5,den1);mag6,phase6,w = bode(num6,d

16、en6);figuremargin(mag6,phase6,w);由代碼Gk = tf (num6,den6);G = feedback(Gk,1);step(G)4-2-4-3-3 運(yùn)行的結(jié)果（見附錄）三、附錄第一問在MATLAB 中運(yùn)行以下代碼：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-Kexi2);Tr = (pi-Beta)/Wd;Tp = pi/Wd;Ts = 4.4/(Kexi*Wn);Ct = exp(-pi*Kexi/sqrt(1-Kexi2)*100;第二問K>0K<0第三問