《自动控制原理》课程设计报告.docVIP

目 录 一 设计要求 1 二 设计原理 1 三 设计方案 2 四 设计分析与计算 2 4.1系统微分方程 2 4.2 kP和ki的值 3 4.3稳态误差（以R为输入） 3 4.4稳态误差（以W为输入） 4 五 仿真程序、波形及结果分析 5 5.1 MATLAB表示传递函数 5 5.2单位阶跃参考输入的系统响应曲线 5 5.3单位斜坡参考输入的系统响应曲线 7 5.4单位阶跃扰动输入的系统响应曲线 8 5.5单位斜坡扰动输入的系统响应曲线 9 六 课程设计总结 11 参考文献 12 概要 在本设计中，通过一些原理、方案，使系统能够达到一定的要求。并用MATLAB软件验证自己的计算，从而进行校正、检验。可见，不仅要能够掌握自动控制原理的一些基本知识，还要有熟练运用MATLAB软件的能力，因此在做设计之前要查找充分的资料，并在设计中也勤查资料，只有这样才能全面的、准确的完成课程设计，并能运用MATLAB解决问题。作为学生，不要仅满足于运用MATLAB完成自己的任务，自己要利用这样的好机会，全面的掌握MATLAB的运用，为以后熟练运用MATLAB打下很好的基础。总之，不能仅满足于老师布置的任务，自己要想在课设中有很好的提高，就要勤查资料，严格要求自己，充分利用图书馆、同学一些资源。 一 设计要求 设单位反馈控制系统的开环传递函数为，试设计一串联校正装置，使系统的静态加速度误差系数，相角裕度。 课程设计要求： 1、以教师总结归纳出的有实际背景的数学模型为基础，对各个小组位同学提出不同的设计题目及设计指标要求。学生通过查阅相关资料，根据各自题目确定合理的控制方式及校正形式，完成设计； 2、学生首先要根据所学控制理论知识进行人工设计校正装置，初步设计出校正装置传递函数形式及参数； 3、在MATLAB下进行动态仿真，在计算机上对人工设计系统进行仿真调试，使其满足技术要求； 4）确定校正装置的电路形式及电路参数； 5）完成设计报告。 二 设计原理 校正方式的选择。按照校正装置在系统中的链接方式，控制系统校正方式分为串联校正、反馈校正、前馈校正和复合校正4种。串联校正是最常用的一种校正方式，这种方式经济，且设计简单，易于实现，在实际应用中多采用这种校正方式。串联校正方式是校正器与受控对象进行串联连接的。本设计按照要求将采用串联校正方式进行校。校正方法的选择。根据控制系统的性能指标表达方式可以进行校正方法的确定。本设计要求以频域指标的形式给出，因此采用基于Bode图的频域法进行校正。 几种串联校正简述。串联校正可分为串联超前校正、串联滞后校正和滞后-超前校正等。 超前校正的目的是改善系统的动态性能，实现在系统静态性能不受损的前提下，提高系统的动态性能。通过加入超前校正环节，利用其相位超前特性来增大系统的相位裕度，改变系统的开环频率特性。一般使校正环节的最大相位超前角出现在系统新的穿越频率点。 滞后校正通过加入滞后校正环节，使系统的开环增益有较大幅度增加，同时又使校正后的系统动态指标保持原系统的良好状态。它利用滞后校正环节的低通滤波特性，在不影响校正后系统低频特性的情况下，使校正后系统中高频段增益降低，从而使其穿越频率前移，达到增加系统相位裕度的目的。 滞后—超前校正适用于对校正后系统的动态和静态性能有更多更高要求的场合。施加滞后—超前校正环节，主要是利用其超前部分增大系统的相位裕度，以改善系统的动态性能；利用其滞后部分改善系统的静态性能。 以上3种不同的校正方法的一般性设计步骤如下： 1)根据静态性能指标，计算开环系统的增益。之后求取校正前系统的频率特性指标，并与设计要求进行比较。 2)确定校正后期望的穿越频率，具体值的选取与所选择的校正方式相适应。 3)根据待设计的校正环节的形式和转折频率，计算相关参数，进而确定校正环节。 4)得出校正后系统。检验系统满足设计要求。如不满足则从第二步重新开始。 在MATLAB中基于Bode图进行系统设计的基本思路是通过比较校正前后的频率特性，尝试选定合适的校正环节，根据不同的设计原理，确定校正环节参数。最后对校正后的系统进行检验，并反复设计直至满足要求 三 设计方案 可以应用叠加原理，在W(s)=0条件下，求得输入信号下的闭环传递函数Y(s)/ R(s)；由传递函数与微分函数的相同性，用替换S，可以得到系统的微分方程；由题中要求的闭环系统的特征方程的根包括，写出一个方程，并由待定系数法，得出Kp、Ki的值。 再由叠加原理，求得R(s)=0、扰动作用下的闭环传递函数Y(s)/ W(s)。也可求得以误差信号E(s)作为输出量，W(s)作为输入的误差函数E(s)/W(s)。再对输入W(s)进行讨论，利用终值定理求出误差。 由闭环传递函数Y(s)