《自动控制理论》课程设计-基于自动控制理论的性能分析与校正汇.doc

科技学院  课程设计A》的课程设计，是课堂的深化。设置《自动控制理论A》课程设计的目的是使MATLAB成为学生的基本技能，熟悉MATLAB这一解决具体工程问题的标准软件，能熟练地应用MATLAB软件解决控制理论中的复杂和工程实际问题，并给以后的模糊控制理论、最优控制理论和多变量控制理论等奠定基础。作为自动化专业的学生很有必要学会应用这一强大的工具，并掌握利用MATLAB对控制理论内容进行分析和研究的技能，以达到加深对课堂上所讲内容理解的目的。通过使用这一软件工具把学生从繁琐枯燥的计算负担中解脱出来，而把更多的精力用到思考本质问题和研究解决实际生产问题上去。 通过此次计算机辅助设计，学生应达到以下的基本要求： 1.能用MATLAB软件分析复杂和实际的控制系统。 2.能用MATLAB软件设计控制系统以满足具体的性能指标要求。 3.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。 二、 主要内容 1．前期基础知识，主要包括MATLAB系统要素，MATLAB语言的变量与语句，MATLAB的矩阵和矩阵元素，数值输入与输出格式，MATLAB系统工作空间信息，以及MATLAB的在线帮助功能等。 2．控制系统模型，主要包括模型建立、模型变换、模型简化，Laplace变换等等。 3．控制系统的时域分析，主要包括系统的各种响应、性能指标的获取、零极点对系统性能的影响、高阶系统的近似研究，控制系统的稳定性分析，控制系统的稳态误差的求取。 4．控制系统的根轨迹分析，主要包括多回路系统的根轨迹、零度根轨迹、纯迟延系统根轨迹和控制系统的根轨迹分析。 5．控制系统的频域分析，主要包括系统Bode图、Nyquist图、稳定性判据和系统的频域响应。 6．控制系统的校正，主要包括根轨迹法超前校正、频域法超前校正、频域法滞后校正以及校正前后的性能分析。 三、 进度计划 序号 设计内容 完成时间 备注 1 基础知识、数学模型 2011年12月31日 2 时域分析法、频域分析、根轨迹分析 2012年1月4日 3 系统校正 2012年1月5日 4 整理打印课程设计报告，并答辩 2012年1月6日 四、 设计成果要求 上机用MATLAB编程解题，从教材或参考书中选题，控制系统模型、控制系统的时域分析法、控制系统的根轨迹分析法、控制系统的频域分析法每章选择两道题。第六章校正选四道，其中根轨迹超前校正一道、根轨迹滞后校正一道、频域法超前校正一道、频域法滞后校正一道。并针对上机情况打印课程设计报告。 课程设计报告包括题目、解题过程及程序清单和最后的运行结果（曲线），课程设计总结或结论以及参考文献。 五、 考核方式 《=，，求此并联系统的传递函数。 程序： G1=tf([1 3],conv(conv([1 1],[1 1]),[1 2])); G2=tf([3 1 4],[5 12 3]); G=G1+G2 运行结果： Transfer function: 3 s^5 + 13 s^4 + 28 s^3 + 54 s^2 + 61 s + 17 -------------------------------------------- 5 s^5 + 32 s^4 + 76 s^3 + 82 s^2 + 39 s + 6 结论：G（s）= （2）求一系统的传递函数。已知其微分方程为： 程序： num=[1 9 25]; den=[1 5 10 5]; G=tf(num,den) 运行结果： Transfer function: s^2 + 9 s + 25 ---------------------- s^3 + 5 s^2 + 10 s + 5 结论： 2、控制系统的时域分析法： （1）已知单位负反馈系统的开环传递函数（S）=，求单位阶跃响应及性能指标。 程序： num=[15]; den=[1 3 1]; [num1,den1]=cloop(num,den,-1); step(num1,den1) 运行结果： 结论：系统稳定。调节时间为3.5s。 （2）已知特征方程，求根并判断稳定性。 程序： d=[2 1 5 3 1]; r=roots(d) 运行结果： r = 0.0712 + 1.5416i 0.0712 - 1.5416i -0.3212 + 0.3268i -0.3212 - 0.3268i 结论：系统不稳定，有2个特征根在右半平面上。 3、控制系统的根轨迹分析法： （1）负反馈系统开环传递函数为试绘制k→变化时，求其闭环系统的根轨迹。 程序： num=conv([1 4],[1 5]); den1=conv([1 10],[1 10]); den2=con