自动控制课程方案设计书1.docVIP

自动控制 课 程 设 计 报 告 题 目 频率法串联超前校正 院 系 机 电 工 程 系 专 业 测控技术与仪器 姓 名 林 伟 东 学 号 1009251006 班 级 B1001班 指导教师 赵 冲 二零一二年十一月 目录 摘要 1 1课程设计目的内容及要求 1 1.1设计目的 1 1.2设计内容与要求 1 1.3课程设计条件 2 2系统设计步骤 3 2.1系统计算 3 2.2matlab程序运用 3 2.3校正前系统bode图及分析 4 2.4一次校正后的bode图 7 2.5二次校正后的bode图分析 10 3小结 12 参考文献 13  摘要 利用频率法串联超前校正，可以根据已知传递函数，分析系统是否稳定。当一个或某些系统参数的变化时，确定闭环极点随参数变化的轨迹，进而研究闭环系统极点分布变化的规律。应用matlab仿真，只需进行简单计算就可得知系统一个或某些系统参数变化对闭环极点的影响趋势。这种定性分析在研究系统性能和提出改善系统性能的合理途径方面具有重要意义。 【关键词】：闭环特征方程，根轨迹，零极点分布，mtlab仿真 1课程设计目的内容及要求 1.1设计目的 1、了解控制系统设计的一般方法、步骤。 2、掌握对系统进行稳定性分析、稳态误差分析以及动态特性分析的方法。 3、掌握利用MATLAB对控制理论内容进行分析和研究的技能。 4、提高分析问题解决问题的能力。 1.2设计内容与要求 1、对系统进行稳定性分析、稳态误差分析以及动态特性分析。 2、绘制根轨迹图、Bode图、Nyquist图。 3、设计校正系统，满足工作要求。能用MATLAB解复杂的自动控制理论题目。 4、能用MATLAB设计控制系统以满足具体的性能指标。 5、能灵活应用MATLAB的CONTROL SYSTEM 工具箱和SIMULINK仿真软件，分析系统的性能。 1.3课程设计条件 1、已知单位负反馈系统被控制对象的传递函数为 图1.1 系统传递函数 2、试用频率法设计串联超前校正装置，使系统的相角裕量，在单位斜坡输入下的稳态误差,截止频率不低于7.5. 2系统设计步骤 2.1系统计算 1、自学MATLAB软件的基本知识。包括MATLAB的基本操作命令、控制系统工具箱的用法等，并上机实验。 2、基于MATLAB用频率法对系统进行串联校正设计，使其满足给定的频域性能指标。要求程序执行的结果中有校正装置传递函数和校正后系统开环传递函数，校正装置的参数,等的值。 解： 求满足稳态误差要求的系统开环增益. 根据自动控制理论与题意，本题给定系统为I型系统，在单位斜坡信号作用下，速度误差系数,式中是系统的开环增益。系统的稳态误差为 =，取=16. 即被控对象的传递函数为： 2.2matlab程序运用 n1=16;d1=conv([1 0],[1 1]); s1=tf(n1,d1); [Gm,Pm,Wcp,Wcg]=margin(s1) margin(s1) 该程序执行后，得系统的Bode图及性能指标 Gm =Inf Pm = 14.2485 Wcp = Inf Wcg = 3.9379 即模稳定裕度：= 穿越频率：= 相稳定裕度： 剪切频率：=3.94 2.3校正前系统bode图及分析 图2.1 校正前系统bode图 图2.2 手工绘制bode图 图2.3 校正前系统根轨迹图 相稳定裕度：,开环系统的剪切频率都未满足要求，故原系统需要校正。 （2）求超前校正器的传递函数： 由GC(s)=α Kc= G(s)=Go(s)Gc(s)Kc Go(s)= Wc=γ-γo+W α= ω1= ω2= 当?取14.2时ωc= k=16; n1=1; d1=conv([1 0],[1 1]); sope=tf(k*n1,d1); [mag,phase,w]=bode(sope);gama=43;[mu,pu]=bode(sope,w); gam=gama*pi/180; alfa=(1-sin(gam))/(1+sin(gam)); adb=20*log10(mu); am=10*log10(alfa); ca=adb+am; wc=spline(adb,w,am); T=1/(wc*sqrt(alfa)); alfat=alfa*T; Gc=tf([T 1],[alfat 1]) Transfer function: 0.3817 s + 1 -----------