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《自动控制理论A》课程设计任务书
目的与要求
详细介绍MATLAB的控制系统工具箱的用法以及SIMULINK仿真软件,使学生能够应用MATLAB对自动控制理论所学的内容进行深层次的分析和研究,能用MATLAB解决复杂的自动控制系统的分析和设计题目;能用MATLAB设计控制系统以满足具体的性能指标;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,进行控制系统设计。
主要内容
简要介绍控制系统理论的基本概念和基本方法,并介绍MATLAB软件的基本知识。
在掌握控制系统基本理论和控制系统工具箱函数的基础上,利用MATLAB及其工具箱函数来解决所给控制系统的分析与设计问题,并上机实验;撰写课程设计报告。
进度计划
序号
设计内容
完成时间
备注
1
下发课程设计任务书,简要介绍控制理论的概念、方法、MATLAB软件及控制系统工具箱用法的基本常识。
2009年1月5日
2
利用MATLAB软件按任务书的要求进行控制系统分析和校正设计。
2009年1月5—6日
3
撰写设计报告
2009年1月7—8日
4
答辩
2009年1月9日
四、 设计成果要求
1、按自己所做课程设计的内容撰写课程设计报告,要求图、表、公式等书写打印规范。
2、可以最后写一些总结、课程设计的心得体会以及你对课程设计的一些意见及建议。
五、 考核方式
本课程设计周最后一天带课程设计报告进行答辩,课程设计的成绩将根据课程设计中的表现,课程设计报告的书写情况,答辩情况综合给出。
学生姓名:
指导教师:
2009年1月8日
三阶系统的分析与校正
一、在本课程设计中,选择开环传递函数为的三阶单位负反馈系统作为研究对象,通过计算可得,系统的闭环传递函数为,该系统的方框图如下:
1.绘制出闭环系统单位阶跃响应曲线
(1)MATLAB程序如下:t=0:0.001:25?;
num=[1];
den=[0.2 1.2 1 1];
step(num,den,t);
xlabel(t,sec);ylabel(output);
(2)系统动态性能指标
峰值时间:
上升时间:
调节时间:
超调量 :
(3)绘制对数幅频、相频特性曲线
MATLAB程序如下:
g=tf(1,conv([1 1 0],[0.2 1]));
margin(g),grid;
[h,r,wx,wc]=margin(g);
wc
wx
r
h
频域指标为:
由图可得:
相位裕度:
幅值裕度:
2.绘制根轨迹图
绘制出Kc由0 →∞变化时的根轨迹
MATALAB程序如下:
num=[1];
den=conv([1 1 0],[0.25 1]);
rlocus(num,den);
axis equal;
set(findobj(maker,x),makersize,12);
set(findobj(maker,o),makersize,12);
v=[-8 2 -6 6];
axis(v);
生成如下根轨迹图:
由上图可以看出:
Kc变化对根轨迹的影响是在根轨迹图上,随着Kc值从0的变化,会依次出现无超调量、衰减振荡、等幅振荡和振荡发散的情况。当Kc值变大时根轨迹进入右半平面从而系统不稳定。
二、采用串联校正,校正装置传递函数
1、串联一个校正装置:
在根轨迹上选取3个点,如下图所示:分别使k=1.21,5.73,12.3
(1)当K=1.21时,MATLAB程序如下:
t=0:0.001:25;
num=[1.21];
den=[0.2 1.2 1 1.21];
step(num,den,t);
xlabel(t,sec);
ylabel(output);
生成图形(图一)
通过图可以得出系统是稳定的。
性能指标为:
上升时间:
调节时间:
峰值时间:
超调量 :31.3%
图一
(2)当K=5.73时,MATLAB程序如下:
t=0:0.001:500;
num=[5.73];
den=[0.2 1.2 1 5.73];
step(num,den,t);
xlabel(t,sec);
ylabel(output);
生成图形(图二)
图二
由图可知:
此时系统接近临界状态,阶跃响应曲线振荡剧烈,但幅值最终仍会稳定在1处,系统趋
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