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课程设计报告
( 2010 -- 2011 年度第1 学期)
名 称: 《自动控制理论》课程设计
题 目:基于自动控制理论的性能分析与校正
院 系: 动力系
班 级:
学 号:
学生姓名:
指导教师: 孙建平老师
设计周数: 1周
成 绩:
日期: 2010 年 12 月 31 日
一、课程设计的目的与要求
本课程为《自动控制理论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、设计正文
1.控制系统的数学建模
(1)例:已知系统状态空间模型:
求其等效的传递函数模型。
解:
求其等效的传递函数模型的程序如下:
A=[0.3 0.1 0.05;1 0.1 0;1.5 8.9 0.05];
B=[2;0;4];C=[1 2 3];D=0;
Sys1=ss(A,B,C,D);
Sys=tf(Sys1)
程序运行结果为:
Transfer function:
14 s^2 + 8.1 s + 51.85
--------------------------------
s^3 - 0.45 s^2 - 0.125 s - 0.434
(2) 已知系统零极点增益模型:
求其等效的传递函数模型。
解:
求其等效的传递函数模型的程序如下:
z=[-1;-2];P=[0;-3;-4;-5];K=8;
sys1=zpk(Z,P,K);
sys=tf(sys1)
程序运行结果为:
Transfer function:
8 s^2 + 24 s + 16
----------------------------
s^4 + 12 s^3 + 47 s^2 + 60 s
2.控制系统的时域分析
(1) 已知单位负反馈系统前向通道的传递函数为:
试作出其单位阶跃响应曲线。
解:
程序为:
sys=tf(80,[1 2 0]);closys=feedback(sys,1);
step(closys)
根据程序得到以下响应曲线:
(2)已知二阶系统传递函数为:
当=1时,试计算当阻尼比值从0.1到1时二阶系统的阶跃响应,并且绘制一簇阶跃响应三维图。
解:
输入以下程序:
num=1;y=zeros(200,1);i=0;
for bc=0.1:0.1:1
den=[1,2*bc,1];t=[0:0.1:19.9];sys=tf(num,den);
i=i+1;y(:,i)=step(sys,t);
end
mesh(flipud(y),[-100 20])
运行程序后得到以下三维图
3. 控制系统的频域分析
(1) 有二阶系统;,画出该系统的nyquist曲线。
解:
num=[2 5 1];
den=[1 2 3];
nyquist(num,den);
titlt(nyquist plot)
系统nyquist曲线:
(2)有一系统:,绘制出系统的bode图。
解:
执行如下程序:
k=100;
z=[-4];
p=[0 -0.5 -50 -50];
[num,den]=zp2tf(z,p,k);
bode(num,den);
title(Bode Plot);
得到bode图:
4. 控制系统的根轨迹分析
(1) 已知一个单位负反馈系统开环传递函数为:
试绘制系统闭环的根轨迹图;
解:
执行以下程序:
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