天津城建大学自动控制原理课程设计.doc

学 号 天津城建大学 自动控制原理A课程 设计说明书 起止日期： 年 月 日 至 年 月 日 学生姓名 班级 成绩 指导教师(签字) 学院 年 月 日 课程设计任务书 2013 —2014 学年第 学期 课程设计名称： 设计题目： 完成期限：自 年月 日至 年 月 日共 周 设计依据、要求及主要内容： 要求校正后系统的相角裕度，截止频率，试设计串联校正装置。 基本要求： 1、对原系统进行分析，绘制原系统的单位阶跃响应曲线， 2、绘制原系统的Bode图，确定原系统的幅值裕度和相角裕度。 3、绘制原系统的Nyquist曲线。 4、绘制原系统的根轨迹。 5、设计校正装置，绘制校正装置的Bode图。 6、绘制校正后系统的Bode图、确定校正后系统的幅值裕度和相角裕度。 7、绘制校正后系统的单位阶跃响应曲线。 8、绘制校正后系统的Nyquist曲线。 9、绘制校正后系统的根轨迹。 指导教师（签字）： 主任（签字）： 批准日期： 目 录 一、绪论 1 二、原系统分析 2 2.1原系统的单位阶跃响应曲线 2 2.2 原系统的Bode图 3 2.3 原系统的Nyquist曲线 4 2.4 原系统的根轨迹 5 三、校正装置设计 7 3.1 校正装置参数的确定 7 3.2校正装置的Bode图 9 四、校正后系统的分析 10 4.1校正后系统的单位阶跃响应曲线 10 4.2 校正后系统的Bode图 11 4.3 校正后系统的Nyquist曲线 12 4.4 校正后系统的根轨迹 14 4.5校正后系统的Simulink仿真框图 15 五、总结 16 六、参考文献 16 一、绪论 校正，顾名思义就是在系统中加入一些其参数可以根据需要而改变的机构或装置，使系统整个特性发生变化，从而满足给定的各项性能指标。 设计控制系统的目的，是将构成控制器的各元件与被控对象适当组合起来， 使之满足表征控制精度、阻尼程度和响应速度的性能要求。如果通过调整放大器 增以后仍然不能全面满足设计要求的性能指标，就需要在系统中增加一些参数及 特性可按需要改变的校正装置，使系统性能全面满足设计要求。这就是控制系统 设计中的校正问题。 按照校正装置在系统中的连接方式，控制系统校正方式可分为串联校正、反 馈校正、前馈校正和复合校正四种。 串联校正又称顺馈校正，是在系统主反馈回路之外采用的校正方式。前馈校 正装置接在系统给定值之后及主反馈作用点之前的前向通路上，这种校正装置的 作用相当于对给定值信号进行整形或滤波后，再送入反馈系统，，因此又称为前 置滤波器；另一种前馈校正装置接在系统可测扰动作用点与误差测量点之间，对 扰动信号进行直接或间接测量，并经变换后接入系统，形成一条附加的对扰动影 响进行补偿的通道。前馈校正可以单独作用于开环控制系统，也可以作为反馈控 制系统的附加校正而符合控制系统。 串联超前校正是利用超前网络或PD 控制器进行串联校正的基本原理，是利 用超前网络或PD 控制器的相角超前特性实现的，使开环系统截止频率增大，从 而闭环系统带宽也增大，使响应速度加快。 串联滞后校正是利用滞后网络或PI 控制器进行串联校正的基本原理，利用 其具有负相移和负幅值的特斜率的特点，幅值的压缩使得有可能调大开环增益， 从而提高稳定精度，也能提高系统的稳定裕度。 在系统响应速度要求不高而抑制噪声电平性能要求较高的情况下，可以考虑 采用串联滞后校正。此外，如果待校正系统已具备满意的动态性能，仅稳态性能 不能满足指标要求，也可以采用串联滞后校正以提高系统的稳态精度，同时保持 其动态性能仍然满足性能指标要求。 二、原系统分析 2.1原系统的单位阶跃响应曲线 已知单位反馈系统的开环传递函数是： 。 1、原系统单位阶跃响应曲线如下 图1 原系统单位阶跃响应曲线 2、MATLAB程序如下 num=[9]; den=[1 2 0]; sys=tf(num,den); sys1=feedback(sys,1); t=0:0.1:45; step(sys1,t) hold on grid hold off 2.2 原系统的Bode图 1、确定各交接频率及斜率变化值 最小相位惯性环节： 斜率减小; 最小交接频率： 2、绘制频段（）渐进特性曲线 有 将带入，得知过点，斜率为。 绘制频段(≧)渐进特性曲线 ≦, ≧ 4、计算相角裕度 有 =36.7° 5、幅值裕度 可得到，把代入到下式子得 6、应用MATLAB绘制出开环系