自動控制系統(tǒng)課程設(shè)計---單位負(fù)反饋系統(tǒng)的校正設(shè)計

1、<p>　　自 動 控 制 系 統(tǒng) </p><p><b>　　課 程 設(shè) 計</b></p><p>　　課題名稱 單位負(fù)反饋系統(tǒng)的校正設(shè)計</p><p>　　專 業(yè) 自動化 </p><p>　　班 級 xxxxx

2、</p><p>　　學(xué) 號 xx </p><p>　　姓 名 xxx </p><p>　　所在院系 電子工程學(xué)院 </p><p>　　完成日期 2012年12月21日 </p><

3、;p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　一 、設(shè)計目的3</b></p><p>　　二、設(shè)計任務(wù)與要求3</p><p><b>　　2.1設(shè)計任務(wù)3</b></p><p><b>　　2.2設(shè)計要求3</b>&

4、lt;/p><p>　　三、設(shè)計方法步驟及設(shè)計校正構(gòu)圖4</p><p>　　3.1校正前系統(tǒng)分析4</p><p><b>　　3.2校正方法6</b></p><p><b>　　3.3校正裝置6</b></p><p>　　3.4校正后系統(tǒng)分析7</p>

5、;<p>　　四、課程設(shè)計小結(jié)與體會10</p><p><b>　　五、參考文獻(xiàn)11</b></p><p><b>　　一 、設(shè)計目的</b></p><p>　　掌握控制系統(tǒng)的設(shè)計與校正方法、步驟。</p><p>　　掌握對系統(tǒng)相角裕度、穩(wěn)態(tài)誤差和穿越頻率以及動態(tài)特性分析。

6、</p><p>　　掌握利用MATLAB對控制理論內(nèi)容進(jìn)行分析和研究的技能。</p><p>　　提高分析問題解決問題的能力。</p><p><b>　　二、設(shè)計任務(wù)與要求</b></p><p><b>　　2.1設(shè)計任務(wù)</b></p><p>　　設(shè)單位負(fù)反饋系統(tǒng)的

7、開環(huán)傳遞函數(shù)為：</p><p>　　用相應(yīng)的頻率域校正方法對系統(tǒng)進(jìn)行校正設(shè)計，使系統(tǒng)滿足如下動態(tài)和靜態(tài)性能：</p><p><b>　　相角裕度：</b></p><p>　　在單位斜坡輸入下的穩(wěn)態(tài)誤差為： </p><p>　　截止頻率不低于7.5</p><p><b>　　2.

8、2設(shè)計要求</b></p><p>　　分析設(shè)計要求，說明校正的設(shè)計思路（超前校正，滯后校正或滯后－超前校正；</p><p>　　詳細(xì)設(shè)計（包括的圖形有：校正結(jié)構(gòu)圖，校正前系統(tǒng)的Bode圖，校正裝置的Bode圖，校正后系統(tǒng)的Bode圖）；</p><p>　　用MATLAB編程代碼及運行結(jié)果（包括圖形、運算結(jié)果）；</p><p&g

9、t;　　校正前后系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)圖。</p><p>　　三、設(shè)計方法步驟及設(shè)計校正結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　3.1校正前系統(tǒng)分析</p><p>　　校正前系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：</p><p>　?。ㄇ蠼膺^程：，式中是系統(tǒng)的開環(huán)增益。系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為，，取=16）</p><p><b>　　校正要求

10、:</b></p><p><b>　　1）相角裕度：</b></p><p>　　2）在單位斜坡輸入下的穩(wěn)態(tài)誤差為： </p><p>　　3）截止頻率不低于7.5</p><p>　　(3)校正前結(jié)構(gòu)圖:</p><p>　　1) 單位階躍響應(yīng)分析</p><p

11、>　　在MATLAB中編寫如下程序：</p><p>　　>> G=tf([16],[1,1,0]);</p><p>　　>> feedback(G,1);</p><p>　　>> step(ans,30)</p><p>　　由上圖可以看出，系統(tǒng)在階躍輸入下還是可以穩(wěn)定輸出的，但是開始時振蕩比較

12、大，超調(diào)量也比較大，系統(tǒng)的動態(tài)性能不佳。</p><p>　　2)利用MATLAB繪畫未校正系統(tǒng)的bode圖</p><p>　　在MATLAB中編寫如下程序：</p><p>　　>>G=tf([16],[1 1 0]);% 系統(tǒng)模型</p><p>　　>>bode(G) % 繪制系統(tǒng)的Bode圖</p>

13、;<p><b>　　校正前bode圖</b></p><p><b>　　3.2校正方法</b></p><p>　　采用校正方法為：超前校正法</p><p><b>　　3.3校正裝置</b></p><p>　?。?）求校正裝置的參數(shù)。</p>

14、<p>　　>> [gm,pm,wp,wc]=margin(G)</p><p><b>　　求得：</b></p><p>　　在校正前的bode圖中找到-14.3944db的點如圖所示:</p><p>　　校正裝置結(jié)構(gòu)圖如下：</p><p>　　利用MATLAB 繪畫校正裝置的bode圖

15、</p><p><b>　　程序如下：</b></p><p>　　>>s=tf('s');G=(0.5749*s+1)/(0.0209*s+1); % 系統(tǒng)模型</p><p>　　>>bode(G) % 繪制系統(tǒng)的Bode圖</p><p>　　校正裝置Bode圖如下：<

16、;/p><p><b>　　校正裝置Bode圖</b></p><p>　　3.4校正后系統(tǒng)分析</p><p><b>　　校正后的幅頻特性：</b></p><p><b>　　程序如下：</b></p><p>　　>>s=tf('

17、s');</p><p>　　>>G1=(16*(0.5749*s+1))/(s*(s+1)*(0.0209*s+1));</p><p>　　>>bode(G1)</p><p><b>　　校正后的bode圖</b></p><p>　　>> [Gm,Pm,Wp,Wc]=m

18、argin(G1)</p><p>　　Gm =Inf Pm =74.6524 Wp =Inf Wc =9.1425</p><p>　　可以看出校正后系統(tǒng)的裕度為74.6524，截止頻率為9.1425，全部滿足要求。</p><p>　　2）利用MATLAB 繪畫系統(tǒng)校正前后的單位階躍響應(yīng)圖</p><p><b>　

19、　程序：</b></p><p>　　>> s=tf('s');</p><p>　　G1=(16*(0.5749*s+1))/(s*(s+1)*(0.0209*s+1));</p><p>　　G=tf([16],[1 1 0]);</p><p>　　G2=feedback(G,1);</p&

20、gt;<p>　　G3=feedback(G1,1);</p><p>　　step(G2,G3)</p><p>　　3）利用MATLAB 繪畫系統(tǒng)校正前后的單位階躍響應(yīng)圖</p><p>　　>> s=tf('s');</p><p>　　G1=(16*(0.5749*s+1))/(s*(s+1)

21、*(0.0209*s+1));</p><p>　　G=tf([16],[1 1 0]);</p><p>　　G2=feedback(G,1);</p><p>　　G3=feedback(G1,1);</p><p>　　step(G2,G3)</p><p><b>　　圖形：</b><

22、;/p><p><b>　　課程設(shè)計小結(jié)與體會</b></p><p>　　通過這次課程設(shè)計，我學(xué)到了不少知識，特別是自控的理論知識有重新回顧了一遍，</p><p>　　通過用matlab軟件設(shè)計控制系統(tǒng)，非常快捷方便，但同時設(shè)計的過程中也遇到了一些大大</p><p>　　小小的問題，最終通過跟同學(xué)的合作，和老師的指導(dǎo)完

23、成了要求的設(shè)計指標(biāo)，總之通過這次</p><p>　　實訓(xùn)學(xué)到了不少東西。</p><p><b>　　五、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 《自動控制原理》，楊庚辰， 西安電子科技大學(xué)出版社，2009</p><p>　　[2] 《控制系統(tǒng)計算機(jī)輔助設(shè)計》，薛定宇， 清華大學(xué)出版社，2006</p&g