自动控制原理课程设计.doc

课程设计任务书

1．设计目的：

1.了解串联校正装置在实际控制系统中的应用；

2.熟悉串联校正装置对线性系统稳定性和动态特性的影响；

3.掌握串联校正装置的设计方法和参数调试技术；

4.学会使用MATLAB对系统进行计算机辅助分析与设计。

2．设计内容和要求〔包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等〕：

机器人已广泛应用于核电站的维护与保养。在核工业中，远程机器人主要用来回收和处理核废料，同时也用于核反响堆的监测、放射性污染去除和意外事故的处理等领域。这些应用说明，远程操作技术能够显著减少放射性环境对人体造成的危害，提高系统的维护保障能力。正在研究的一种机器人，可以完成在核电厂内特殊的操作任务。由这种机器人构成的远程监控系统可以完成对某些特定操作的监控任务，从而减小人体暴露于高放射区的危险。系统框图如下：

控制器

控制器

对象

R(s)-Y(s)

假设系统的开环传递函数为：

〔1〕当时，确定的适宜取值，使系统单位阶跃响应的超调量小于30%，并计算所得系统的稳态误差；

〔2〕设计校正网络

以改良〔1〕中所得系统的阶跃响应性能，并使系统的稳态误差小于12%。

课程设计任务书

3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕：

1.利用MATLAB对未校正系统进行时域仿真，分析其性能；

2.采用频率响应法设计校正装置，利用MATLAB绘制相关Bode图，从图上确定相角裕度、幅值裕度、截止频率等参量；

3.利用MATLAB对已校正系统进行时域仿真，检验其性能；

4.选择多组参数值，对设计结果进行比拟；

5.确定校正装置的参数，绘制其电路图；

6.利用MATLAB分别绘制校正前后系统的根轨迹图和奈奎斯特图，进行比照分析；

7.书写设计说明书，要求系统分析和设计的步骤完整、条理；图形绘制准确、清晰。

4．主要参考文献：

1.薛定宇.反响控制系统设计与分析.北京：清华大学出版社，2000

2.黄忠霖.控制系统MATLAB计算及仿真.北京：国防工业出版社，2002

3.王划一.自动控制原理.北京：国防工业出版社，2010

5．设计成果形式及要求：

设计说明书。

要求：系统分析和设计的步骤准确、完整、条理；图形绘制准确、清晰。

6．工作方案及进度：

2012年2月

2月16日

2月24

系主任审查意见：

签字：

年月日

绪论

机器人是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原那么纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。

机器人的一个重要组成局部为控制系统。控制系统的设计，就是在系统中引入适当的环节，用以对原有系统的某些性能进行校正，使之到达理想的效果，故又称为系统的校正。

控制系统常用的校正方式有：串联校正、反响校正、前馈校正和复合校正四种。本课程设计根据题目要求采用频域响应法校对系统进行设计和串联校正。

在题目所给的校正前的开环传递函数中，存在这一项，对系统的设计带来不便，通过查阅各种资料，找到了一种等效的逼近函数Pade逼近来代替这一指数项，Pade逼近是一种关于函数值的特殊类型的有理分式逼近法。它的思想是以尽量快的速度与泰勒级数展开式相匹配，在实际问题中，它是一个非常重要的逼近方法，Pade逼近在高范围和低范围内都收敛。

在设计过程中要使用的一个重要软件就是MATLAB，MATLAB是一个高级的数学分析与运算软件，可以用作动态系统的建模与仿真。它在控制系统中有很广泛的应用，如：控制系统、信号处理、最优控制、鲁棒控制及模糊控制等，总之它对从事控制这一行业的人有很大的帮助，是一个非常重要的软件。在这次课程设计中我们将以它为重要工具进行分析与设计，将用它进行时域仿真并分析其性能、绘制Bode图并确定相角裕度、幅值裕度、截止频率等参量和绘制校正前后系统的根轨迹图和奈奎斯特图，其设计的过程和结果都将通过程序和仿真结果图来