自動控制原理課程設計報告

1、自動控制原理課程設計報告成績：自動控制原理課程設計報告學生姓名：黃國盛班級：工化144學號：201421714406指導老師：劉芹設計時間：2016.11.28-2016.12.2 目錄 1.設計任務與要求 (1)2.設計方法及步驟 (1)2.1系統(tǒng)的開環(huán)增益 (1)2.2校正前的系統(tǒng) (1)2.2.1校正前系統(tǒng)的bode圖和階躍響應曲線 (1)2.2.2matlab程序 (2)3.3校正方案選擇和設計 (3)3.3.1校正方案選擇及結構圖 (3)3.3.2校正裝置參數(shù)計算 (3)3.3.3matlab程序 (4)3.4校正后的系統(tǒng) (4)3.4.1校正后系統(tǒng)的bode圖和階躍響應曲線 (4)

2、3.4.2matlab程序 (6)3.5系統(tǒng)模擬電路圖 (6)3.5.1未校正系統(tǒng)模擬電路圖 (6)3.5.2校正后系統(tǒng)模擬電路圖 (7)3.5.3校正前、后系統(tǒng)階躍響應曲線 (8)4.課程設計小結和心得 (9)5.參考文獻 (10) 1.設計任務與要求 題目2：已知單位負反饋系統(tǒng)被控制對象的開環(huán)傳遞函數(shù)()()00.51kg s s s =+用串聯(lián)校正的頻率域方法對系統(tǒng)進行串聯(lián)校正設計。任務：用串聯(lián)校正的頻率域方法對系統(tǒng)進行串聯(lián)校正設計，使系統(tǒng)滿足如下動態(tài)及靜態(tài)性能指標：（1）在單位斜坡信號作用下，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差0.05ss e rad （2）系統(tǒng)校正后，相位裕量45 。（3）截止頻率6/c

3、 rad s 。2.設計方法及步驟2.1系統(tǒng)的開環(huán)增益由穩(wěn)態(tài)誤差要求得：20k ，取20=k ；得sg 1s 5.0201)s(0.5s 20)s (20+=+=2.2校正前的系統(tǒng)2.2.1校正前系統(tǒng)的bode 圖和階躍響應曲線圖2.2.1-1校正前系統(tǒng)的bode 圖 圖2.2.1-2校正前系統(tǒng)的bode圖圖2.2.1-3校正前系統(tǒng)的階躍響應曲線2.2.2matlab程序（1）校正前系統(tǒng)的bode圖實現(xiàn)程序代碼如下：g=tf(20,0.510);margin(g);（2）校正前系統(tǒng)的階躍響應圖實現(xiàn)程序代碼如下：g=tf(20,0.510);step(feedback(g,1); 3.3校正方案

4、選擇和設計 3.3.1校正方案選擇及結構圖由圖2.2.1-2校正前系統(tǒng)的bode 圖。確定截止頻率和相角裕度：17.60=c 180=因為?= 456*0*0c c ，考慮滯后校正。而用遲后校正在*c 處系統(tǒng)又沒有足夠的相角貯備量，即 51618)(180)(*0*0=+校正結構圖如下：圖 3.3.1校正結構圖3.3.2校正裝置參數(shù)計算選擇校正后系統(tǒng)的截止頻率6*=c ，超前部分應提供的最大超前角為33618456)(*=+-=+-=c c m ?則84177.139211.339211.3sin 1=-+=a a mm ，?在c =6處作垂線，與)(0l 交于點a ,確定a 關于db 0線的

5、鏡像點b ；以點b 為中心作斜率為dec db /20+的直線，分別與過srad a c c /05062.11684177.1*=?=兩條垂直線交于點c 和點d ，則c 點頻率：srad a c c /05062.11684177.1*=?=d 點頻率：s rad a c d /257735.384177.16=從點c 向右作水平射線，從點d 向左作水平射線，在過d 點的水平線上確定c e 1.0=的點e ；過點e 作斜率為dec db /20-的直線交db 0線于點f ，相應頻率為f ，則e 點頻率：srad c e /6.061.01.0*=?=srad a c d /257735.38

6、4177.16= dc 延長線與db 0線交點處的頻率s rad c c /344816.66 17.62200=f 點頻率：s rad e d f /308069.0344816.66.0257735.30=?=故可寫出校正裝置傳遞函數(shù)105062.111257735.31308069.016.01111)s (+?+=+?+=s s s s s s s s g c d f e c 以下進行驗算。校正后系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為)105062.11)(1308069.0(1)s(0.5s )1257735.3)(16.0(20)s ()s ()s (0+?+?=s s s s g g g c )13

7、36519.3(0.293743s 1)s(0.5s 1)1.973629s s 511603.0(20)1s )(0.09049316s 1)(3.24602s(0.5s )1s )(0.3069621(1.666667s 2022+?+?=+=s 3.3.3matlab 程序：校正環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)實現(xiàn)程序代碼如下：gc=tf(0.5116031.9736291,0.2937433.3365191);3.4校正后的系統(tǒng)3.4.1校正后系統(tǒng)的bode 圖和階躍響應曲線 圖 3.4.1-1校正后系統(tǒng)bode圖圖 3.4.1-2校正后系統(tǒng)bode圖 圖 3.4.1-3校正后系統(tǒng)階躍響應曲線校正后系統(tǒng)

8、的截止頻率、相位裕度為*/6c c s rad =?=+=4549)(180 c j g =*設計要求全部滿足。3.4.2matlab 程序（1）校正后系統(tǒng)bode 圖實現(xiàn)程序代碼如下：g=tf(20,0.510);gc=tf(0.5116031.9736291,0.2937433.3365191);sys=g*gc;margin(sys);（2）校正后系統(tǒng)階躍響應圖實現(xiàn)程序代碼如下：g=tf(20,0.510);gc=tf(0.5116031.9736291,0.2937433.3365191);sys=g*gc;step(feedback (sys,1); 3.5系統(tǒng)模擬電路圖 3.5.1

9、未校正系統(tǒng)模擬電路圖圖 3.5.1未校正系統(tǒng)模擬電路圖3.5.2校正后系統(tǒng)模擬電路圖圖3.5.2校正后系統(tǒng)模擬電路圖 3.5.3校正前、后系統(tǒng)階躍響應曲線： 圖3.5.3-1matlab系統(tǒng)校正前、后系統(tǒng)階躍響應曲線圖3.5.3-2multisim系統(tǒng)校正前、后系統(tǒng)階躍響應曲線 4.課程設計小結和心得 課程設計總結校正方法選擇遇到的問題：1、若直接選擇超前校正，實現(xiàn)代碼和過程如下：g=tf(20,0.510);margin(g);%校正前bode圖wc1=8.3;m,p,w=bode(g);%該句分別返回頻域響應幅值向量m、相角向量p和頻率向量w m1=spline(w,m,wc1);%spl

10、ine為三次曲線插值函數(shù)，該句作為通過插值求函數(shù)m(w) a=m1(-2);%的取值，其中w=wc1t=1/(wc1*sqrt(a);%求a、t的值gc=tf(a*t1,t1)transfer function:%程序輸出0.2135s+1-0.068s+1%matlab求得超前校正傳函為（0.2135s+1）/（0.068s+1）sys=g*gc;margin(sys);%校正后bode圖為使相位裕度達到45以上，截至頻率至少要調到8.3rad/s，比設計要求6rad/s大很多。2、若直接采用滯后校正，實現(xiàn)代碼及過程如下：g=tf(20,0.510);margin(g);%校正前bode圖mama=45;phy1=-180+mama+6;m,p,w=bode(g);wc1=spline(p,w,phy1);%利用未校正系統(tǒng)的bode圖求校正后系統(tǒng)期望的截止頻率wc1 m1=spline(p,m,phy1);b=1/m1;t=10/(b*wc1);gc=tf(b*t1,t1)sys=g*gc;margin(sys);%校正后bode圖transfer function:6.174s+1-59.26s+1%matlab求得滯后校正傳函為（6.174s+1）/（59.26s+1）校正后截止頻率比設計要求小很多。也不符合要求。