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审定成绩： 自动控制原理课程设计报告 题 目： 单位负反馈系统设计校正 学生姓名 班 级 09—1BF 院 别 专 业 电子科学与技术 学 号 指导老师 设计时间 2011.12.8 目 录 一 、设计目的 2 二、设计任务与要求 2 2.1设计任务 2 2.2设计要求 2 三、设计方法步骤及设计校正构图 3 3.1校正前系统分析 3 3.2校正方法及校正构图 5 3.3校正后验证 6 四、课程设计小结与体会 10 一 、设计目的 掌握控制系统的设计与校正方法、步骤。 掌握利用MATLAB对控制理论内容进行分析和研究的技能。 提高分析问题解决问题的能力。 二、设计任务与要求 2.1设计题目： 设单位负反馈系统的开环传递函数为 用相应的频率域校正方法对系统进行校正设计，使系统满足如下动态和静态性能： (1) 相角裕度； (2) 在单位斜坡输入下的稳态误差； (3) 系统的剪切频率。 2.2设计要求： 分析设计要求，说明校正的设计思路（超前校正，滞后校正或滞后－超前校正）: Bode图，校正后系统的Bode图）； 用MATLAB编程代码及运行结果（包括图形、运算结果）； 校正前后系统的单位阶跃响应图。 三、设计方法步骤及设计校正构图 3.1校正前系统分析 校正前系统的开环传递函数为： 设计校正要求： ， ， 所以，开环传递函数变为： 校正前结构图 图1 校正前系统的结构框图 在MATLAB中编写如下程序： G=tf([21],[0.02 0.3 1 0]); figure(1); margin(G); grid on hold on figure(2); sys=feedback(G,1); step(sys) grid on 阶跃响应曲线为： 图2 校正前系统的单位阶跃响应图 由上图可以看出，系统在阶跃输入下不能保持稳定，开始时振荡比较小，超调量也比较小，但振荡逐渐增大，最终也不能保值稳定。 校正前bode图 图3 校正前系统的bode图 由上图可知，相角欲度，截止频率，幅值欲度为无穷大。显然，此时系统的相角裕度不符合要求，故该系统需要校正。由于校正前系统已有一定的相角欲度，因此可以考虑引入串联滞后校正装置以满足相角欲度的要求。 3.2、系统校正过程 根据相角裕量的要求，再考虑到串接滞后校正装置的相角滞后，从未校正系统的频率特性曲线图2上，找出对应相角－180°+（45°+5°）=－130°处的频率wc’≈2.43rad/s,wc’将作为校正后系统的增益交界频率。 确定滞后装置的传递函数 Gc=(1+aTs)/(1+Ts)···················① ①根据滞后校正装置的最大幅值和原系统在wc’上的幅值相等条件，求出a值。 在wc=wc’处，从未校正的对数幅频特性曲线上求得 : 20lg|G0(j wc’)| =17dB 再由20lg 1/a=17.5dB 计算出a=0.133 ②由 1/aT=1/10·wc’ 所以当wc’≈0.83rad/s a=0.107时，可求得 T=183s ③将所求的a值和T值代入①式得校正装置的传递函数为： Gc(s)=(1+24s)/(1+183s) 利用Matlab画出校正装置的Bode图 如图四 源代码：G0=tf([24 1],[183 1]); margin(G0); 校正装置的Bode图 图四 校正装置bode图 已校正后系统的开环传递函数为 : G（s）= G0（s）·Gc(s) =21(1+24s)/[s(0.1s+1)(0.2s+1)(1+183s)] 利用Matalab画出校正后系统的伯德图 源代码：n1=21; d1=[0.02 0.3 1 0] s1=tf(n1,d1); s2=tf([24 1],[183 1]); s=s1*s2; [Gm,Pm,Wcm,Wcp]=margin(s) margin(s) 如