自动控制原理课程设计 温度控制系统的分析与校正.doc

学 号： 0120911360302 课 程 设 计 题 目 温度控制系统的分析与校正 学 院 自动化学院 专 业 自动化 班 级 姓 名 指导教师 2012 年 1 月 2 日 课程设计任务书 学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位： 自动化学院 题 目: 温度控制系统的分析与校正 初始条件：某温箱的开环传递函数为 要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求） 试用Matlab绘制其波特图和奈奎斯特图，计算相角裕度和幅值裕度； 试设计超前校正装置，使系统的相角裕度增加10度； 用Matlab对校正后的系统进行仿真，画出阶跃响应曲线。 时间安排： 任务 时间（天） 审题、查阅相关资料 1.5 分析、计算 2.5 编写程序 2.5 撰写报告 1 论文答辩 0.5 指导教师签名： 年 月 日 系主任（或责任教师）签名： 年 月 日 目 录 引 言 1 1 系统开环传递函数分析 2 1.1比例环节--1 2 1.2积分环节--1/S 2 1.3惯性环节--1/(5s+1) 3 1.4延迟环节--e-2s 3 1.5开环传递函数--Gp(s) 3 2 利用Matlab分析传递函数 4 2.1绘制波特图 4 2.2绘制奈奎斯特图 6 2.3计算相角裕度 7 2.4计算幅值裕度 7 3设计超前校正装置 8 3.1无源超前校正装置 8 3.2确定校正函数 9 3.2.1估算校正函数 9 3.2.2检验相角裕度 9 3.2.3增大补偿角后确定校正函数 10 3.3校正装置参数设置 12 4校正后系统的仿真以及其阶跃响应曲线 13 4.1仿真校正后的系统 13 4.2阶跃响应曲线的绘制 13 结束语 15 参考文献 16 引 言 本次课程设计要求运用所学的理论知识去分析并设计校正温度控制系统的开环传递函数,并通过软件Matlab辅助设计。 自动控制原理如今已经运用到我们的各个领域了，如温度控制、气压控制、水位控制、航天控制等等，通过自动控制原理的运用极大的改变着我们的生活，使我们的生活变得简单而又丰富多样。而此次课程设计要求我们利用自动控制原理相关知识以及Matlab软件，并通过查阅相关资料来分析并校正一个温箱的开环传递函数。这不仅要求我们学好书本上的知识，还要求我们能够灵活的运用所学的理论知识，将理论知识与实践相结合，通过使用功能强大的软件Matlab分析并协助解决相关问题。这将很大程度的锻炼我们的自主学习能力以及动手解决实际问题的能力。通过此次课程设计应该掌握一些简单的开环传递函数的分析与校正，更重要的是学会一种解决问题的方法，为我们将来分析和校正更复杂的传递函数打下坚实基础。 学会综合分析自动控制原理类问题在当今社会更显得尤为重要，因此，这次课程设计将是一个良好的开端，为进一步深入研究打下良好的基础。 1 系统开环传递函数分析 系统的开环传递为：，容易看出传递函数Gp(s)由比例、积分、惯性、延迟四个环节共同组成。 1.1比例环节--1 系统传递函数Gp(s)的比例环节为1，它的基本特性如下： 比例环节的传递函数为：G(s)=1，频率特性为：G(jw)=1； 幅值特性为：A(w)=|G(jw)|=1，相频特性为：((w)=(G(jw)=0°； 对数幅频特性为：L(w)=20lgA(w)=20lg1=0，对数相频特性为：((w)=0°； 对数幅频特性L(w)是w轴线。 1.2积分环节--1/S 系统传递函数Gp(s)的比例环节为1/s，它的基本特性如下： 积分环节的传递函数为：G(s) = 1/s，频率特性为：G(jw) = 1/jw = e-j90/w ； 幅频特性为：A(w) = |1/jw | = 1/w，相频特性为：((w) = ((1/jw) = -90°； 对数幅频特性为：L(w) = 20lgA(w) = 20lg(1/w) = -20lgw，对数相频特性为：((w) = -90°。 由于Bode图的横坐标按lgw刻度，故上式可视为自变量为lgw，因变量为L(w)的关系式，因此该式在Bode图上是一个直线方程式。直线的斜率为?20dB/dec。当ω=1时，?20lgw=0 ，即L(1) = 0 ，所以积分环节的对数幅频特性是与w轴相交于w = 1，斜率为?20dB/dec的直线。积分环节的相频特性是((w