自動控制系統(tǒng)課程設(shè)計

PAGE8自動控制系統(tǒng)課程設(shè)計課題名稱單位負反饋系統(tǒng)的校正設(shè)計專業(yè)班級學號姓名所在院系電子工程學院完成日期11月25日目錄TOC\o"1-2"\u一、設(shè)計目的 3二、設(shè)計任務(wù)與要求 32.1設(shè)計任務(wù) 32.2設(shè)計要求 3三、設(shè)計方法步驟及設(shè)計校正構(gòu)圖 33.1校正前系統(tǒng)分析 33.2校正方法 53.3校正裝置 63.4校正后系統(tǒng)分析 8四、課程設(shè)計小結(jié)與體會 11五、參考文獻 11一、設(shè)計目的掌握控制系統(tǒng)的設(shè)計與校正方法、步驟。掌握對系統(tǒng)相角裕度、穩(wěn)態(tài)誤差和穿越頻率以及動態(tài)特性分析。掌握利用MATLAB對控制理論內(nèi)容進行分析和研究的技能。提高分析問題解決問題的能力。二、設(shè)計任務(wù)與要求2.1設(shè)計任務(wù)設(shè)單位負反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：用相應的頻率域校正方法對系統(tǒng)進行校正設(shè)計，使系統(tǒng)滿足如下動態(tài)和靜態(tài) 性能：相角裕度；在單位斜坡輸入下的穩(wěn)態(tài)誤差為2.2設(shè)計要求分析設(shè)計要求，說明校正的設(shè)計思路（超前校正，滯后校正或滯后－超前校正；詳細設(shè)計（包括的圖形有：校正結(jié)構(gòu)圖，校正前系統(tǒng)的Bode圖，校正裝置的Bode圖，校正后系統(tǒng)的Bode圖）；用MATLAB編程代碼及運行結(jié)果（包括圖形、運算結(jié)果）；校正前后系統(tǒng)的單位階躍響應圖。三、設(shè)計方法步驟及設(shè)計校正構(gòu)圖3.1校正前系統(tǒng)分析校正前系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：校正要求:校正前結(jié)構(gòu)圖:單位階躍響應分析在MATLAB中編寫如下程序：由上圖可以看出，系統(tǒng)在階躍輸入下還是可以穩(wěn)定輸出的，但是開始時振蕩比較大，超調(diào)量也比較大，系統(tǒng)的動態(tài)性能不佳。利用MATLAB繪畫未校正系統(tǒng)的bode圖在MATLAB中編寫如下程序：校正前bode圖由上圖可知，相角欲度，截止頻率，幅值欲度為無窮大。顯然，此時系統(tǒng)的相角裕度不符合要求，故該系統(tǒng)需要校正。由于校正前系統(tǒng)已有一定的相角欲度，因此可以考慮引入串聯(lián)超前校正裝置以滿足相角欲度的要求。3.2校正方法根據(jù)系統(tǒng)的性能，決定采用串聯(lián)超前校正。用頻域法設(shè)計超前網(wǎng)絡(luò)的步驟如下：根據(jù)要求，確定開環(huán)增益K。利用已確定的開環(huán)增益，計算待校正系統(tǒng)的相角裕度。根據(jù)截止頻率的要求，計算和T，令，以保證系統(tǒng)的響應速度，并充分利用網(wǎng)絡(luò)的相角超前特性。顯然，成立的條件是： 根據(jù)上式不難求出值，然后由ω=1/T確定T。驗算已校正系統(tǒng)的相角裕度。由求得，再由已知的算出待校正系統(tǒng)在時的相角欲度。 最后，按下式算出 如果驗算結(jié)果不滿足指標要求，要重選，一般使增大，然后重復以上步驟。3.3校正裝置（1）求校正裝置的參數(shù)。為了達到相角裕量要求，需要增加的超前相角為：校正后的幅頻特性：則校正裝置傳遞函數(shù)：校正裝置結(jié)構(gòu)圖如下：利用MATLAB繪畫校正裝置的bode圖校正裝置Bode圖如下：校正裝置Bode圖3.4校正后系統(tǒng)分析經(jīng)超前校正后，系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為：校正后結(jié)構(gòu)圖：利用MATLAB繪畫系統(tǒng)校正后的bode圖在MATLAB中編寫如下程序：校正后系統(tǒng)的bode圖：由上圖可知，相角裕度，截止頻率。幅值欲度為無窮大，各項指標均 滿足設(shè)計要求。利用MATLAB繪畫系統(tǒng)校正前后的單位階躍響應圖程序：系統(tǒng)校正前后的單位階躍響應對比圖。在MATLAB中編寫如下程序：G1=tf([15],[110]);G2=feedback(G1,1);t=0:0.01:5;G3=tf([5.715],[0.081.0810]); G4=feedback(G3,1); y1=step(G2,t); y2=step(G4,t); plot(t,y1,'--',t,y2);grid xlabel('t');ylabel('c(t)');title('校正前后單位階躍響應對比圖');