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河南科技大学自控课程设计说明书讲述.doc

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河南科技大学自控课程设计说明书讲述

河南科技大学 课 程 设 计 说 明 书 课程名称 控制理论课程设计 题 目 控制系统串联校正设计 学 院 班 级 学生姓名 指导教师 日 期 控制理论课程设计任务书 设计题目: 控制系统串联校正设计 一、设计目的 控制理论课程设计是综合性较强的教学环节。其目的是培养学生对所学自控理论知识进行综合应用的能力;要求学生掌握自动控制系统分析、设计和校正的方法;掌握应用MATLAB语言及SIMULINK仿真软件对控制系统进行分析、设计和校正的方法;培养学生查阅图书资料的能力;培养学生撰写设计报告的能力。 二、设计任务及要求 应用时域法、频域法或根轨迹法设计校正系统,根据控制要求,制定合理的设计校正方案,给出校正装置的传递函数;编写相关MATLAB程序或设计相应的SIMULINK框图,绘制校正前、后系统相应图形分析系统稳定性,分析系统性能,求出校正前、后系统相关性能指标;比较校正前后系统的性能指标;编制设计说明书。 三、设计要求 已知单位负反馈系统的开环传递函数,试用频率法设计串联校正装置,使系统的相角裕量,静态加速度误差系数。 四、设计时间安排 查找相关资料(1天);编写相关MATLAB程序,设计、确定校正环节、校正(2天);编写设计报告(1天);答辩修改(1天)。 五、主要参考文献 1.梅晓榕. 自动控制原理, 科学出版社. 2.胡寿松. 自动控制原理(第五版), 科学出版社. 3.邹伯敏. 自动控制原理,机械工业出版社. 4.黄忠霖. 自动控制原理的MATLAB实现,国防工业出版社. 指导教师签字: 年 月 日 摘 要 本文首先使用MATLAB软件绘制出未校正系统的Bode图和根轨迹,然后分别对系统的Bode图和根轨迹分析,得知为校正的系统不稳定,而且不满足题目要求,只有通过校正才能使系统稳定并满足要求。根据未校正系统的参数和题目的要求,可知需要采用串联超前校正,然后计算校正装置各参数,得出校正装置的传递函数并用MATLAB软件绘制出校正装置的Bode图,分析其对系统各性能指标的影响。根据校正装置的传递函数得出校正后系统的开环传递函数,并绘制出校正后系统的Bode图,得出系统各性能指标,分析系统的稳定性,最后根据校正后系统的奈奎斯特图分析,得出校正后系统稳定的结论。 关键词:超前校正,MATLAB软件,Bode图 目录 第一章、绪论 1 §1.1 设计目的和意义 1 §1.2 设计题目和要求 2 第二章、总体设计 3 §2.1校正前对系统的分析 3 §2.2校正参数计算 6 §2.3校正后对系统的分析 9 第三章、设计结论 14 参考文献 14 第一章、绪论 在控制工程中用得最广的是电气校正装置,它不但可应用于电的控制系统, 而且通过将非电量信号转换成电量信号,还可应用于非电的控制系统。控制系统 的设计问题常常可以归结为设计适当类型和适当参数值的校正装置。校正装置可以补偿系统不可变动部分(由控制对象、执行机构和量测部件组成的部分)在特 性上的缺陷,使校正后的控制系统能满足事先要求的性能指标。常用的性能指标 形式可以是时间域的指标,如上升时间、超调量、过渡过程时间等,也可以是频率域的指标,如相角裕量、增益裕量、谐振峰值、带宽等。在许多情况下,它们都是由电阻、电容按不同方式连接成的一些四端网络。各类校正装置的特性可用它们的传递函数来表示,此外也常采用频率响应的波德图来表示。不同类型的校正装置对信号产生不同的校正作用,以满足不同要求的控制系统在改善特性上的需要。 §1.1 设计目的和意义 目的: (1)学习在自动控制系统中对不同的系统选用不同的校正方式; (2)理解相角裕量、稳态误差、截止频率、幅值裕度、相位穿越频率等参数的含义以及对系统性能的影响; (3)学习使用MATLAB绘制系统各种图形,使用SIMULINK对校正系统进行仿真,绘制出系统的单位阶跃响应曲线。 意义: (1)通过课程设计掌握自动控制原理课程的有关知识,

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