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1、自控课程设计报告概要成绩课程设计报告题目控制系统的设计与校正课程名称自动控制原理课程设计院部名称机电工程学院专业电气工程及其自动化班级10电气(1)学生姓名董天宠学号1004103037课程设计地点C306课程设计学时1周指导老师陈丽换金陵科技学院教务处制目录一、设计目的(3)二、设计任务与要求(3)三、设计方案(4)四、校正函数的设计(4)4.1、校正前系统特性(4)4.2、利用MATLAB语言计算出超前校正器的传递函数(6)4.3校验系统校正后系统能否知足题目要求(7)五、函数特征根的计算(8)5.1校正前(8)5.2校正后(9)六、系统动态性能分析(10)6.1校正前单位阶跃响应(10)
2、6.2校正前单位脉冲响应(11)6.3校正前单位斜坡信号(14)七、校正后动态性能分析(14)7.1校正后单位阶跃响应(15)7.2校正后单位冲击响应(15)7.3校正后单位斜坡响应(16)八、系统的根轨迹分析(17)8.1、校正前根轨迹分析(17)8.2、校正后根轨迹分析(19)九、系统的奈奎斯特曲线分析(21)9.1校正前奈奎斯特曲线分析(21)9.2校正后奈奎斯特曲线分析(22)设计小结(23)参考文献(24)1.设计目的1把握自动控制原理的时域分析法，根轨迹法，频域分析法，以及各种补偿校正装置的作用及用法，能够利用不同的分析法对给定系统进行性能分析，能根据不同的系统性能指标要求进行合理
3、的系统设计，并调试知足系统的指标。2学会使用MATLAB语言及Simulink动态仿真工具进行系统仿真与调试。2.设计任务与要求已知单位负反应系统的开环传递函数0KG(S)S(0.1S1)(0.001S1)=+，试用频率法设计串联超前校正装置，使系统的相位裕度045，静态速度误差系数1vK1000s-=1首先，根据给定的性能指标选择适宜的校正方式对原系统进行校正，使其知足工作要求。要求程序执行的结果中有校正装置传递函数和校正后系统开环传递函数，校正装置的参数T，等的值。2)利用MATLAB函数求出校正前与校正后系统的特征根，并判定其系统能否稳定，为何?3)利用MATLAB作出系统校正前与校正后
4、的单位脉冲响应曲线，单位阶跃响应曲线，单位斜坡响应曲线，分析这三种曲线的关系？求出系统校正前与校正后的动态性能指标%、tr、tp、ts以及稳态误差的值，并分析其有何变化？4)绘制系统校正前与校正后的根轨迹图，并求其分离点、汇合点及与虚轴交点的坐标和相应点的增益K*值，得出系统稳定时增益K*的变化范围。绘制系统校正前与校正后的Nyquist图，判定系统的稳定性，并讲明理由？5)绘制系统校正前与校正后的Bode图，计算系统的幅值裕量，相位裕量，幅值穿越频率和相位穿越频率。判定系统的稳定性，并讲明理由？3设计方案串联超前校正装置的传递函数为1()(0)1TsGcsTs+=+1根据对稳态误差的要求确定
5、开环增益。2按已确定的K，绘制未校正系统的伯德图，并计算相角裕度0。3确定需要补偿的相位超前角0m?=-+?510。4利用Matlab语言计算出超前校正器的传递函数。5校验校正后的系统能否知足题目要求。4.校正函数的设计.1校正前系统特性原传递函数0KG(S)S(0.1S1)(0.001S1)=+具有一个积分环节，所以原系统为I型系统，则其速度误差系数KvK=,使系统的速度误差系数,即K=1000。原传递函数0KG(S)S(0.1S1)(0.001S1)=+根据原系统的开环对数幅频特性的剪切频率c=100rad/s，求出原系统的相角裕度约为0度，这讲明原系统在K=1000/s时处于临界稳定状态
6、，不能知足45度的要求。为知足45度的要求，串联校正装置提供的最大超前相角m必须大于等于45度。考虑到校正后系统的剪切频率c会稍大于校正前的剪切频率c，因而，校正时应给校正装置的最大超前相角m增加一个补偿角度。取15度1sin1sinmma?+=-maT程序如下：k=1000;d1=conv(conv(10,0.11),0.0011);scop=tf(k,d1);w=logspace(0,4,50);bode(scop,w);Gm,Pm,Wcg,Wcp=margin(scop)结果为：Gm=1.0100Pm=0.0584Wcg=100.0000Wcp=99.4863剪切频率=99.5rad/s
7、ec，相角裕度0=0.0584deg和幅值C裕度Gm=0.0864dB4.2利用MATLAB语言计算出超前校正器的传递函数。要计算出校正后系统的传递函数，就编写求超前校正器的传递函数的MATLAB程序，其中调用了求超前校正器传递函数的函数leadc()，leadc.m保存在matlab7.0work文件夹下，其中key=1时，为var=gama，是根据要求校正后的相角稳定裕度计算超前校正器；当key=2时，为var=wc，则是根据要求校正后的剪切频率计算校正器。若已知系统的开环传递函数与要求校正后的相角稳定裕度或剪切频率，求系统串联超前校正器传递函数时，就能够调用此函数。leadc.m编制如下
8、：functionGc=leadc(key,sope,vars)%MATLABFUNCTIONPROGRAMleadc.m%ifkey=1gama=vars(1);gama1=gama+5;mag,phase,w=bode(sope);mu,pu=bode(sope,w);gam=gama1*pi/180;alpha=(1-sin(gam)/(1+sin(gam);adb=20*log10(mu);am=10*log10(alpha);wc=spline(adb,w,am);T=1/(wc*sqrt(alpha);alphat=alpha*T;Gc=tf(T1,alphat1);elseifk
9、ey=2wc=vars(1);num=sope.num1;den=sope.den1;na=polyval(num,j*wc);da=polyval(den,j*wc);g=na/da;g1=abs(g);h=20*log10(g1);a=10(h/10);wm=wc;T=1/(wm*(a)(1/2);alphat=a*T;Gc=tf(T1,alphat1);elseifkey=3gama=vars(1);wc=vars(2);gama1=gama+15;num=sope.num1;den=sope.den1;ngv=polyval(num,j*wc);dgv=polyval(den,j*wc
10、);g=ngv/dgv;thetag=angle(g);thetag_d=thetag*180/pi;mg=abs(g);gama_rad=gama1*pi/180;z=(1+mg*cos(gama_rad-thetag)/(-wc*mg*sin(gama_rad-thetag);p=(cos(gama_rad-thetag)+mg)/(wc*sin(gama_rad-thetag);nc=z,1;dc=p,1;Gc=tf(nc,dc);endmatlab程序如下：k=1000;d1=conv(conv(10,0.11),0.0011);sope=tf(k,d1);gama=60;Gc=leadc(1,sope,gama)Transferfunction:0.02148s+1-0.001056s+1所以传递函数如右边所示4.3校验系统校正后系统能否知足题目要求：程序如下：k0=1000;n1=1;d1=conv(conv(10,0.11),0.0011);s1=tf(k0,d1);s1=tf(k0*n1,d1);n2=0.021481;1001056.0102148.0G(S)+=ss