简单控制系统设计及Matlab实现副本.docVIP

2010-2011 学年第 1 学期 院 别: 控制工程学院 课程名称: 自动控制原理 实验名称: 简单控制系统设计及Matlab实现 实验教室: 6111 指导教师: 小组成员（姓名，学号）: 实验日期： 2012 年 12 月 18 日 评 分： 一、实验目的 1、深刻理解串联超前网络和滞后网络对系统性能的调节作用； 2、掌握串联超前和滞后校正网络的设计方法； 3、学习并掌握计算机辅助控制系统设计方法； 4、通过实验，总结串联超前和滞后校正的特点，以及对系统性能影响的规律。 二、实验任务及要求 （一）实验任务 如图（a）所示为大型卫星天线系统，为跟踪卫星的运动，必须保证天线的准确定位。天线指向控制系统采用电枢控制电机驱动天线，其框图模型如图（b）所示。若要求：（1）系统在斜坡作用下的稳态误差小于10%；（2）系统相角裕度大于40度；（3）阶跃响应的超调量小于25%，调节时间小于2s。通过实验请完成下列工作： 图（a） 天线 图（b）天线指向控制系统 1、若不加校正网络，通过实验绘制系统阶跃响应曲线和开环bode图，观察系统能否满足上述性能指标要求。 2、若，通过绘制系统根轨迹图，确定使系统稳定的值范围；并通过实验研究仅调节参数是否能满足指标要求。要求至少选择三个值分别绘制阶跃响应曲线和bode图加以说明。 3、设计合适的超前校正网络,使系统满足性能指标要求。并通过实验图形反映校正过程和实验结果。提示：如果一级超前无法满足要求，则可设计二级超前网络。 4、设计合适的滞后校正网络，使系统满足性能指标要求。并通过实验图形反映校正过程和实验结果。 5、列表说明超前校正和滞后校正的效果、优点、缺点、适用场合。 6、计算干扰对输出的影响（可以假定）。 （二）实验要求 1、通过实验选择校正网络的参数使校正后的系统满足设计要求； 2、通过实验总结超前校正、滞后校正的控制规律； 3、总结在一定控制系统性能指标要求下，选择校正网络的原则； 4、采用人工分析与MATLAB平台编程仿真结合完成设计实验任务。 三、实验方案设计（含实验参数选择、控制器选择、仿真程序等） 1.不加校正网络： %系统阶跃响应 t=[0:0.01:10] num=[10]; den=[0.02 0.3 1 0]; [y x t]=step(num,den,t); plot(t,y,k); xlabel(wn t); ylabel(Y(t)); grid on; %系统开环波特图 w=logspace(-1,3,200); num=[10]; z=conv([1 0],[0.1 1])；p=[0.2 1]； den=conv(z,p); sys=tf(num,den) bode(sys) grid on 2. 增加： %绘制跟轨迹 num=[10]; den=[0.02 0.3 1 0]; sys=tf(num,den) rlocus(sys); rlocfind(sys)； rlocfind(sys)； gtext(不稳定)； gtext(稳定)； grid on; %根据跟轨迹图选取Kp的三个值为0.5，0.707，1.2绘制阶跃响应曲线 t=[0:0.01:10]； num1=[5];num2=[7.07];num3=[12]; den=[0.02 0.3 1 0]; [y1 x t]=step(num1,den,t); [y2 x t]=step(num2,den,t); [y3 x t]=step(num3,den,t); plot(t,y1,k,t,y2,r,t,y3,b); legend(Kp=0.5,Kp=0.707,Kp=1.2,4); xlabel(wn t); ylabel(Y(t)); grid on; %绘制开环波特图 w=logspace(-1,3,200); num1=[5];num2=[7.0