自动控制原理_课程设计.doc

自动控制原理 课程设计 院系： 班级： 姓名： 学号：  目录 1 题目任务及要求 1 1.1 题目任务 1 1.2 设计步骤规范化要求 1 2 课程设计 2 2.1未校正系统的分析 2 2.1.1 绘制未校正系统的开环和闭环零极点图 2 2.1.2 绘制根轨迹 4 2.1.3 单位阶跃下的系统响应 5 2.1.4 绘制开环传递函数Bode图 6 2.2 校正结构图 8 2.3 校正装置传递函数 8 2.4 绘制校正后系统Bode图 9 2.5 校正装置 11 3 课程设计总结 13 1 题目任务及要求 1.1 题目任务 已知单位负反馈系统被控制对象的开环传递函数在单位斜坡信号作用下，系统的稳态误差；相位裕量幅值穿越频率未校正系统的分析： 1）利用MATLAB绘画未校正系统的开环和闭环零极点图 2）绘画根轨迹，分析未校正系统随着根轨迹增益变化的性能（稳定性、快速性）。 3）编写M文件作出单位阶跃输入下的系统响应，分析系统单位阶跃响应的性能指标。 4）绘出系统开环传函的bode图，利用频域分析方法分析系统的频域性能指标（相角裕度和幅值裕度，开环振幅）。 画出串联校正结构图，分析并选择串联校正的类型（超前、滞后和滞后-超前校正）。 确定校正装置传递函数的参数； 画出校正后的系统的Bode图，并校验系统性能指标(要求利用MATLAB软件编程进行辅助设计)。 提出校正的实现方式及其参数。（要求实验实现校正前、后系统并得到的校正前后系统的阶跃响应） 图 2 课程设计 2.1未校正系统的分析未校正系统的开环和闭环零极点图 求得 其传递函数为： 闭环传递函数为，用matlab绘制，Matlab程序为： num=200; den=[0.1 1 0]; [Z,P,K]=tf2zp(num,den); pzmap(num,den); title(matlab 1) 零极点图为图2-1所示： 图1-1 未校正系统开环零极点图 由图2-1可知，系统不存在开环零点，存在两个开环极点，分别为：0、-10。 二、未校正系统闭环零极点图绘制 闭环传递函数为： ，用matlab绘制，matlab程序为： num=200; den=[0.1 1 200]; [Z,P,K]=tf2zp(num,den); pzmap(num,den); title(matlab 2) 零极点图为图2-2所示： 图2-2 未校正系统闭环零极点图 由图2-1可知，系统不存在开环零点，存在两个开环极点，分别为：和。 2.1.2 绘制根轨迹 未校正系统的开环传递函数为：，用matlab绘制，matlab程序为： num=200; den=[0.1 1 0]; W=tf(num,den); W=tf(W); num=W.num{1}; den=W.den{1}; AW=allmargin(W); K=AW.GainMargin Wcg=AW.GMFrequency rlocus(W); axis([-12 2 -6 6]); set(finddobj(marker,x),markersize,8); set(finddobj(marker,x),markersize,1.5); set(finddobj(marker,o),markersize,8); set(finddobj(marker,o),markersize,1.5); title(matlab 3) 根轨迹如图2-3所示： 图2-3 未校正系统的根轨迹 由图2-3可知，存在两个极点，由运行结果：K =Inf，Wcg = Inf，由于根轨迹都在负半平面，开环系统是稳定的，由于根轨迹是直线，快速响应。 2.1.3 单位阶跃下的系统响应 由于系统的传递函数为：，用matlab绘制，其matlab程序为： num=[200]; den=[0.1 1 200]; t=[0:0.1:10]; [y,x,t]=step(num,den,t); plot(t,y); grid; xlabel(t); ylabel(y); title(step) 单位阶跃响应曲线，如图2-4所示： 图2-4 单位阶跃响应曲线 由图可知，上升时间，最大超调量，调节时间，震荡次数 2.1.4 绘制开环传递函数Bode图 未校正系统的开环传递函数为：，用matlab绘制，其matlab程序为; num=200; den=[0.1 1 0]; w=logspace(-1,2,47); [mag,pha]=bode(num,den,w); magdB=20*log10(mag); subplot