二阶系统综合分析与设计.docx

武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书

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目 录

摘 要 I

设计意义及要求 1

设计意义 1

设计要求 1

设计过程 2

绘制根轨迹 2

理论计算 2

用MATLAB绘制 2

系统的动态性能指标 3

各种系统误差 4

用MATLAB绘制单位阶跃曲线 4

绘制BODE图和NYQUIST曲线 5

理论计算 5

用MATLAB绘制曲线 6

加入死区非线性环节 8

总结

参考文献 13

本科生课程设计成绩评定表 错误！未定义书签。

摘 要

随着科学技术的不断的向前发展，人类社会的不断进步。自动化技术取得了巨大的进步，自动控制技术广泛应用于制造业、农业、交通、航空及航天等众多产业部门，极大的提高了社会劳动生产率，改善了人们的劳动条件，丰富和提高了人民的生活水平。当今的社会生活中，自动化装置无所不在，自动控制系统无所不在。因此我们有必要对一些典型、常见的控制系统进行设计或者是研究分析。

一个典型闭环控制系统的组成是很复杂的。通常都由给定系统输入量的给定元件、产生偏差信号的比较元件、对偏差信号进行放大的放大元件、直接对被控对象起作用的执行元件、对系统进行补偿的校正元件及检测被控对象的测量元件等典型环节组成。而控制系统设计则是根据生产工艺的要求确定完成工作的必要的组成控制系统的环节，确定环节的参数、确定控制方式、对所设计的系统进行仿真、校正使其符合设计要求。同时根据生产工艺对系统的稳、快、准等具体指标选择合适的控制元件。

在本设计中，一些原理、方案，使系统能够达到一定的要求。并用MATLAB软件验证自己的计算，从而进行校正、检验。可见，不仅要能够掌握自动控制原理的一些基本知识，还要有熟练运用MATLAB软件的能力，因此在做设计之前要查找充分的资料，并在设计中也勤查资料，只有这样才能全面的、准确的完成课程设计，并能运用MATLAB解决问题。作为学生，不要仅满足于运用MATLAB完成自己的任务，自己要利用这样的好机会，全面的掌握MATLAB的运用，为以后熟练运用MATLAB打下很好的基础。总之，不能仅满足于老师布置的任务，自己要想在课设中有很好的提高，就要勤查资料，严格要求自己，充分利用图书馆等一些资源。

关键字：自动化 闭环控制系统 MATLAB

I

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二阶系统综合分析与设计

设计意义及要求

设计意义

自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学。它的发展初期，是以反馈理论为基础的自动调节原理，并主要用于工业控制。控制理论在几十年中，迅速经历了从经典理论到现代理论再到智能控制理论的阶段，并有众多的分支和研究发展方向。自动化技术取得了巨大的进步，自动控制技术广泛应用于制造业、农业、交通、航空及航天等众多产业部门，极大的提高了社会劳动生产率，改善了人们的劳动条件，丰富和提高了人民的生活水平。本次的课程设计是对我们平时学习的理论知识的一个检验，也是让我们更加熟练的运用MATLAB软件，更好的解决自动控制方面的一些问题。

设计要求

初始条件：某单位反馈系统结构图如图1-1、1-2所示：

R(

R(s)

-

K

s(s?8)

C(s)

R(s)

-

25

s(s?8)

C(s)

图1-1单位反馈系统结构图1 图1-2单位反馈系统结构图2

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）

绘制根轨迹

K=25（下同）,试求?n,?，开环增益，上升时间，峰值时间，调节时间，超调量

分别求取位置误差系数、速度误差系数、加速度误差系数及输入信号为单位阶跃信号、斜坡信号及单位加速度信号时的稳态误差

用Matlab绘制单位阶跃相应曲线

绘制Bode图和Nyquist曲线，求取幅值裕度和相角裕度

如在比较点与开环传递函数之间加1个死区非线性环节，如图2所示，其中e0?1,k?1,c(0)?0,c(0)?0，试选取合适变量绘制系统的相轨迹，并判断系统的稳定性7.认真撰写课程设计报告。

设计过程

绘制根轨迹

绘制根轨迹可以通过两种方式，方式一：理论计算；方式二：MATLAB绘图。下面将依次进行介绍。

理论计算

G(s)?

k

?

s(s?8)

k

s2?8s

系统有两