自動控制原理課程設(shè)計報告論文

1、 自控課程設(shè)計 課程設(shè)計(論文)設(shè)計（論文）題目 單位反饋系統(tǒng)中傳遞函數(shù)的研究 學(xué)院名稱 ZZZZ學(xué)院 專業(yè)名稱 ZZZZZ 學(xué)生姓名 ZZZ 學(xué)生學(xué)號 ZZZZZZZZZZ 任課教師 ZZZZZ 設(shè)計（論文）成績 單位反饋系統(tǒng)中傳遞函數(shù)的研究一、設(shè)計題目設(shè)單位反饋系統(tǒng)被控對象的傳遞函數(shù)為 （ksm7）1、畫出未校正系統(tǒng)的根軌跡圖，分析系統(tǒng)是否穩(wěn)定。2、對系統(tǒng)進行串聯(lián)校正，要求校正后的系統(tǒng)滿足指標(biāo)：（1）在單位斜坡信號輸入下，系統(tǒng)的速度誤差系數(shù)=10。（2）相角穩(wěn)定裕度45 , 幅值穩(wěn)定裕度H12。（3）系統(tǒng)對階躍響應(yīng)的超調(diào)量Mp 25%,系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間Ts G=tf(1,1 3 2 0);

2、figure(1) pzmap(G); figure(2) rlocus(G);得到根軌跡圖：由根軌跡圖可以驗證之前的計算為正確的。8）、分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性當(dāng)增益K0從0逐漸增大到6時，根軌跡都在左半平面內(nèi)，此時系統(tǒng)對06的K0值都是穩(wěn)定的；當(dāng)K0增大到大于6時，根軌跡進入了右半平面，系統(tǒng)不穩(wěn)定。K0=6時，稱為臨界開環(huán)增益。2、串聯(lián)校正方法研究1）、確定開環(huán)增益。K=lims0s*GsHs=K02=10則K0=20。2）、未校正系統(tǒng)信息。在matlab中畫出伯德圖，程序如下：G=tf(20,1 3 2 0);figure(1)margin(G);如圖所示：由圖可得：未校正系統(tǒng)截止頻率：c=2.

3、43rad/s ，相角裕度=-28.1 ，幅值裕度h=-10.5，系統(tǒng)不穩(wěn)定。且單級超前裝置難以滿足要求，故設(shè)計一個串聯(lián)滯后-超前裝置。3）、串聯(lián)滯后-超前校正在未校正伯德圖上，選擇斜率從-20db/dec變?yōu)?40db/dec的交接頻率作為校正網(wǎng)絡(luò)超前部分的交接頻率：b=0.47rad/s 。如圖：據(jù)ts45 要求，算得：c0.603 這里可取c=1.4 ，由圖Lc=10.6。由公式：-20log+Lc+20logTbc=0 ;求得：=10。此時滯后-超前校正網(wǎng)絡(luò)頻率特性可以寫成：Gc(jw)=(1+jw/wa)(1+jw/wb)(1+jw/wa)(1+jw/wb)相應(yīng)已校正系統(tǒng)頻率特性：G

4、c(jw)=10(1+jw/wa)(1+jw/0.47)jw(1+jw)(1+jw/2)(1+j10w/wa)(1+jw/4.7)利用相角裕度指標(biāo)要求，確定校正網(wǎng)絡(luò)參數(shù)a 。=180-90+tan-11.4wa+tan-11.40.47-tan-11.4-tan-10.7-tan-114wa+tan-11.44.7可以求得a=0.14。通過化簡，求得滯后-超前校正網(wǎng)絡(luò)函數(shù)：Gcs=15.2s2+9.27s+114.994s2+71.61s+1校正后系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)：GcsG0s=304s2+185.4s+2014.994s5+116.613s4+245.918s3+146.22s2+2s4）、

5、驗證指標(biāo)（1）驗證相角穩(wěn)定裕度45 , 幅值穩(wěn)定裕度H12。在matlab中輸入：G=tf(304 185.4 20,14.994 116.613 245.918 146.22 2 0);figure(1)margin(G);gm,pm,wcg,wcp=margin(G)校正后伯德圖如圖：相角穩(wěn)定裕度=49.345 , 幅值穩(wěn)定裕度H=12.412，符合要求。（2）驗證系統(tǒng)對階躍響應(yīng)的超調(diào)量Mp 25%,系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間Ts15s。在matlab中輸入：G=tf(304 185.4 20,14.994 116.613 245.918 146.22 2 0);sys=feedback(G,1)C=

6、dcgain(sys)y,t=step(sys);Y,k=max(y);tp=t(k)Mp=(Y-C)/Cstep(sys)系統(tǒng)對階躍響應(yīng)如圖：由圖可知：超調(diào)量Mp =20%25%,調(diào)節(jié)時間Ts=6.7s15s，符合要求。3、幅頻特性圖分析1）、校正前幅頻特性圖。在matlab中輸入：G=tf(20,1 3 2 0);figure(1)margin(G);如圖所示：由圖可得：未校正系統(tǒng)截止頻率：c=2.43rad/s ，相角裕度=-28.1 ，幅值裕度h=-10.5，系統(tǒng)不穩(wěn)定。2）、校正后幅頻特性圖。在matlab中輸入：G=tf(304 185.4 20,14.994 116.613 24

7、5.918 146.22 2 0);figure(1)margin(G);gm,pm,wcg,wcp=margin(G)如圖所示：截止頻率：c=1.44rad/s ，穿越頻率x=3.48rad/s ，相角穩(wěn)定裕度=49.3 , 幅值穩(wěn)定裕度H=12.4，穩(wěn)定。3）、校正裝置的幅頻特性圖。在matlab中輸入：G=tf(15.2 9.27 1,14.994 71.61 1);figure(1)margin(G);gm,pm,wcg,wcp=margin(G)如圖所示：4、校正裝置分析滯后-超前校正網(wǎng)絡(luò)函數(shù)：Gcs=15.2s2+9.27s+114.994s2+71.61s+1由上圖可得，校正后系

8、統(tǒng)的截止頻率Wc=1.44rad/s和穿越頻率Wx=3.48rad/s5、奈奎斯特圖分析1）、系統(tǒng)校正前的開環(huán)系統(tǒng)的奈奎斯特圖在matlab中輸入：G=tf(20,1 3 2 0);figure(1)nyquist(G);如圖所示：P=0,由奈氏判據(jù)，N=1，Z=P-R=P-2N=-2，不穩(wěn)定。2）、校正后的開環(huán)系統(tǒng)奈奎斯特圖在matlab中輸入：G=tf(304 185.4 20,14.994 116.613 245.918 146.22 2 0);figure(1)nyquist(G);如圖所示：P=2,由奈氏判據(jù)，N=1，Z=P-R=P-2N=0，穩(wěn)定。6、SIMULINK中仿真模型分析

9、1）、前向通道中接入飽和非線性環(huán)節(jié)在SIMULINK中新建：運行可得：由圖可得：在前向通道中接入飽和非線性環(huán)節(jié)，降低了系統(tǒng)的超調(diào)量，使得曲線過度更加平滑順暢。2）、前向通道中接入回環(huán)非線性環(huán)節(jié)在SIMULINK中新建：運行可得：由圖可得：在前向通道中接入回環(huán)非線性環(huán)節(jié)，增大了系統(tǒng)的超調(diào)量，加重了系統(tǒng)的震蕩，嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使得系統(tǒng)不再穩(wěn)定。三、設(shè)計總結(jié)校正器對系統(tǒng)性能的影響：當(dāng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、靜態(tài)性能不能滿足實際工程中所要求的性能指標(biāo)時，可以調(diào)整系統(tǒng)中可以調(diào)整的參數(shù)；若通過調(diào)整參數(shù)仍無法滿足要求時，則可以在原有系統(tǒng)中增添一些裝置和元件，人為改變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性能，使之滿足要求的性能指標(biāo)，

10、我們把這種方法稱為校正。增添的裝置和元件稱為校正裝置和校正元件，即校正器。優(yōu)點：校正器除了可以減小系統(tǒng)誤差外，還可以增強系統(tǒng)穩(wěn)定性，減小非線性特性對系統(tǒng)性能的影響，改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性和瞬態(tài)性能，提高系統(tǒng)響應(yīng)速度?？偠灾?，就是既提高動態(tài)性能，又提高靜態(tài)性能。在整個設(shè)計中我懂得了許多書本知識之外的東西， 也培養(yǎng)了我獨立學(xué)習(xí)的能力， 樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。學(xué)習(xí)需要耐心，需要勤奮，需要不斷探索和創(chuàng)新，更要有不驕不躁，堅持不懈的精神，同時，大大提高了我的動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時的喜悅。由于時間比較緊，這個設(shè)計做的并不算太理想，但是在設(shè)計過程中所學(xué)到的東西是這次課程設(shè)計的最大收獲和財富， 使我終身受益。學(xué)生學(xué)習(xí)心得經(jīng)過這次自動控制原理的課程設(shè)計，讓我對課本知識的了解更加深入，掌握了根軌跡繪制方法、串聯(lián)校正方法、伯德圖繪制方法、奈奎斯特圖分析方法等，也讓我進一步熟悉 MATLAB這個模擬軟件。 在整個設(shè)計中我懂得了許多書本知識之外的東西，也培養(yǎng)了我獨立學(xué)習(xí)的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。同時，設(shè)計過程也大大提高了我的動手的能力，培養(yǎng)了不驕不躁，堅持不懈的精神。非常感謝X老師在本次設(shè)計中的精心指導(dǎo)！學(xué)