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1、精品_精品资料_名称： 自动掌握原理课程设计题目：基于自动掌握原理的性能分析设计与校正院系：建筑环境与能源工程系班级： 同学姓名：指导老师：目录一、课程设计的目的与要求3二、设计内容2.1 掌握系统的数学建模42.2 掌握系统的时域分析62.3 掌握系统的根轨迹分析82.4 掌握系统的频域分析102.5 掌握系统的校正12可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_三、课程设计总结17四、参考文献18一、 课程设计的目的与要求本课程为自动掌握原理的课程设计,是课堂的深化.设置自动掌握原理课程设计的目的是使MATLAB成为同学的基本技能,熟识 MATLAB这一解决详细工程问题的标准软件,能娴
2、熟的应用MATLAB软件解决掌握理论中的复杂和工程实际问题,并给以后的模糊掌握理论、最优掌握理论和多变量掌握理论等奠定基础.使相关专业的本科同学学会应用这一强大的工具,并把握利用 MATLAB对掌握理论内容进行分析和争论的技能,以达到加深对课堂上所讲内容懂得的目的.通过使用这一软件工具把同学从繁琐枯燥的运算负担中解脱出来,而把更多的精力用到摸索本质问题和争论解决实际生产问题上去.通过此次运算机帮助设计,同学应达到以下的基本要求：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_1. 能用 MATLAB软件分析复杂和实际的掌握系统.2. 能用 MATLAB软件设计掌握系统以满意详细的性能指标要求.
3、3. 能敏捷应用 MATLAB的 CONTROL SYSTE工M具箱和 SIMULINK仿真软件,分析系统的性能.二、设计内容2.1 掌握系统的数学建模掌握系统的分析是以掌握系统的数学模型为基础的.数学模型的定义：数学模型是描述系统动态特性及其变量之间关系的数学 表达式或其他形式的表达.描述系统变量的各阶导数之间关系的微分方程称为 系统的动态模型.在静态条件 描述系统变量的各阶导数为零）下,描述变量之间关系的代数方程称为静态模型.数学模型的特点：相像化和抽象化,尽管组成系统模型参数的物理含义各不相同,但它们数学模型的形式很可能是相同的,从数学观点来看,只要数学模型是相同的,那么它们就应当有相同
4、的运动规律,而不论它们的详细参数可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_含义是什么,具有相同数学模型的不同的详细系数称为相像系统.简化性和精确性,在建模的时候,要再简化和精确之间作折衷挑选,其原就是简化后的数学方程的解的结果必需满意工程实际的要求并留有肯定的余的.数学模型的种类：数学模型有多种形式,到底选用哪一种模型,一般要视采纳的分析方法和系统的类型而定,比如：连续系统的单输入/ 单输出系统的时域分析法可采纳微分方程,连续多输入多输出系统的时域分析法可以采纳状态方程,离散系统可以采纳差分方程等.常用的数学模型有微分方程、传递函数、差分方程、状态方程、结构图、频率特性等.在 MATLA
5、B中,常用的掌握系统数学模型主要包括TF 模型多项式模型）、 ZPK模型零极点模型）和 SS模型 num=1 2 3.%描述分子多项式系数,依据降幂排列,且最终一位是0 次幂的系数,中间用空格隔开.den=1 4 6 9.%描述分母多项式系数,按降幂,最终一位是0 次幂.G1=tfnum,den%定义 G, tf%得到系统的零极点模型 s+3 s2 + s + 3可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_2.2 掌握系统的时域分析时域分析法就是依据输入、输出微分方程或传递函数数学模型,在时间域 中分析掌握系统的稳固性、稳态性能、动态性能.时域分析法是一种直接精确 的分析方法,易为人么所接
6、受,它可以接受系统时域内的全部信息.时域分析 法包括稳固性分析、稳态性能分析稳态误差）、动态性能分析三大方面.在MATLAB软件中稳固性能的分析可以直接求出特点根或用古尔维茨判据判定稳固性,而稳态误差的求取可依据静态误差系数,利用求极限的方法求取与手算类似不再考虑）,也可以输出中直接看出.第三方面动态性能主要是依据系统的各种响应来分析的,所以要学习一下在MATLAB软件中如何猎取各种响应的命令函数.常用的响应命令函数如下图所示：1. 古尔维茨判据设线性定常系统特点方程：）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_将特点方程的系数按以下规章就 系统稳固的必要充分条件是：特点方程的各项系数均
7、大于0 ,且如下hurwitz行列式全部大于 0：.古尔维茨判据为：系统稳固的充分必要条件是古尔维茨行列式的各阶主子行列式均大于零,即.【例 10-10 】 系统闭环特点方程分别如下,试确定特点根在s 平面的位置,并判定系统闭环稳固性.1）s4+2s3+3s2+4s+5=02）s3+20s2+9s+100=0试用古尔维茨判据判别系统的稳固性.d1=2.%一阶行列式的值a=2 4 .1 3 .%建立二阶矩阵 ad2=deta .%求矩阵 a 所对应的行列式的值b=2 4 0 .1 3 5 .0 2 4. %建立三阶矩阵 bd3=detb .%求矩阵 b 所对应的行列式的值c=2 4 0 0.1
8、3 5 0 .0 2 4 0.0 1 3 5. % 建立四阶矩阵 cd4=detc .%求矩阵 c 所对应的行列式的值ifd10&d20&d30&d40%给 出 条件 ： 如 果 d1, d2 ,d3,d4 同时大于 0,就显现如下结果：WARNDLGThe system is stable,Stability Analysis.else%假如 d1,d2,d3, d4 不全大于 0,就显现如下对话框：WARNDLGThe system is unstable,Stability Analysis.end运行结果如下：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_ d=1 20 9 100.
9、%描述系统闭环特点方程的系数矩阵,系数中间用空格隔开.r=rootsd%求解特点方程的根.运行结果：r =-19.8005-0.0997 + 2.2451i-0.0997 - 2.2451i由此可见：三个根都在s 平面的左半部,就系统稳固,且其中一个位于实轴.2.3 掌握系统的根轨迹分析在掌握系统分析中,为了躲开直接求解高阶多项式的根时遇到的困难,在实践中提出了一种图解求根法,即根轨迹法.所谓根轨迹是指当系统的某一个 或几个 参数从到时,闭环特点方程的根在复平面上描画的一些曲线.应用这些曲线,可以依据某个参数确定相应的特点根.在根轨迹法中,一般取系统的开环放大倍数K 作为可变参数,利用它来反映
10、出开环系统零极点与闭环系统极点 特点根 之间的关系.根轨迹可以分析系统参数和结构已定的系统的时域响应特性,以及参数变化对时域响应特性的影响,而且仍可以依据对时域响应特性的要求确定可变参可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_数及调整开环系统零极点的位置,并转变它们的个数,也就是说根轨迹法可用于解决线性系统的分析与综合问题.10-26 1:负反馈系统开环传递函数如下试绘制 k 由 0+变化时其闭环系统的根轨迹并求出单位阶跃响应为衰减, 等幅震荡,增幅震荡,单调增幅时的K 值.解：运行程序：num=conv1 4,1 8.%1 4,1 8分别是分子两个相乘多项式的系数.多项 式相 乘, c
11、onv 多 项式 1,多 项式2 ,最多两个多项式.den1=conv1 12,1 12.%1 12,1 12分别是分母相乘多项式的系数.den2=conv1 0,1 0.%同上.den=convden1,den2 .%分母两个多项式相乘.rlocusnum,den%rlocus：求系统根轨迹.运行结果：零极点图10.80.60.4可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_si x Ayra ni gamI0.20-0.2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_-0.4-0.6-0.8-1-12-10-8-6-4-20Real Axis可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资
12、料_Root Locus8642xisAaryin0g aIm-2-4-6-8-12-10-8-6-4-20Real Axis由于根轨迹与虚轴交点是开环极点,对应的K=0.所以当 K0 时响应是衰减,当 K=0 时响应是等幅震荡,没有增幅振荡和单调增幅.2.4 掌握系统的频域分析频域分析法是应用频率特性争论掌握系统的一种经典方法.采纳这种方法可直观的表达出系统的频率特性,分析方法比较简洁,物理概念比较明确,对于诸如防止结构谐振,抑制噪声、改善系统稳固性和暂态性能等问题,都可以从系统的频率特性上明确的看出其物理实质和解决途径.频率分析法主要包括三种方法：Bode图 幅频/ 相频特性曲线 、Nyq
13、uist曲线、 Nichols图.10-28 已知一振荡环节的传递函数为,求当 T=10, =0.1 、0.2 、0.3 、 1.2 时的幅相频率特性曲线和对数幅频相频特性曲线.解：运行程序： T=10.a=T*T.num=1. for ks=0.1:0.1:1.2%ks.nyquistnum,den .hold on%输出图表 1045 奈奎斯特图 .bodenum,den.hold on%输出图表 1046 伯德图.%描述分母多项式的系数.marginnum,den%给定系统开环系统模型对象.运行结果：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_Bdeidutgna Mdg eae s
14、h P100500-50-100-150-90-135-180-225Bode DiagramGm = 0.0864 dB at 100 rad/sec , Pm = 0.0584 deg at 99.5 rad/sec可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_-270-101010123101010Frequency rad/sec451010可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_10-52 可以看出相位裕度为 0.0584 ,穿越频率 99.5 ,都不满意要求, 于是设计串联超前校正.其次步：串联超前校正的补偿角为： =45-
15、0+7=52.校正参数 a 由超前网络最大超前角运算公式得 ：a=1+sin *pi/180/1-sin *pi/180=8.43输入程序：syms t .%定义变量 t t=45-0+7 .a=1+sint*pi/180/1-sint*pi/180可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_运行结果如下：a =8.4344第三步：超前校正装置应当在系统的中频段,并给肯定的裕度,所以取校正后的穿越频率即超前校正网络最大超前角频率为160.令m =160.可以运算出超前校正装置时间常数T输入程序： wm=16.0 T=1/sqrta*wm 运行结果如下： T =0.0022第四步输入程序：n
16、c=a*T 1. dc=T 1.n=convnum,nc .d=convden,dc . Marginn,d%margin：求幅值裕度和相角裕度及对应的转折频率运行结果：Bode DiagramGm = 16.8 dB at 631 rad/sec , Pm = 45.2 deg at 175 rad/sec10050dB0detiugn-50a M-100-150-90g-135dee-180s a h P-225可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_-270-101010123101010Frequency rad/sec10-52 可以看出相位裕度为45.2 ,穿越频率为 17
17、5,都满意要求.第五步,验证系统的性能如下 :运行程序：t1=0:0.1:120.G1=tfnum,den .G11=feedbackG1,1.stepG11,t1 .%step.求取系统单位阶跃响应.G2=tfn,d .G22=feedbackG2,1.figure2. hold on.t2=0:0.1:8.stepG22,t2运行结果：得到动态校正前后系统的阶跃响应曲线如下图可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_21.81.61.41.2ute dpli1m A0.80.60.40.20Step Response020406080100120Time sec图 10-53 动态校
18、正前后系统的阶跃响应曲线可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_1.41.21e0.8utdpli mA0.60.40.20Step Response012345678Time sec可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_三、课程设计总结学习的时间总是过的这么匆忙,两周的自动掌握原理课程设计就这样不知不觉的过去了,好快,.在这两周,我从迷茫到想舍弃,再到静下心来渐渐琢磨最终终于是仍算圆满的完成的任务书上的内容.不想说累,由于充实的感觉来之不易.每次课程设计都是我们既期望又可怕的,期望的是大家可以比较自由的支配时间,而可怕的是,每
19、个课程设计我们总要好好的熬几个夜.仍好最终的收成一般都是令人中意的,那种充实的感觉,会让我们完全忘了经过的辛苦.生活就是这样,汗水预示着结果也见证着收成,劳动是人类生存生活永恒不变的话题.我们不怕苦累,不畏麻烦与困 难,才有机会品偿到丰收的欢乐.经过这两周的设计,我也深刻的体会到了团队的力气与合作的欢乐,每个组员都为那个目标而努力琢磨,我们争论,也争执,但最终都是为了找到正确的答案.我不会忘了大家悄悄思索的皱眉,也不会忘了大家恍然明白时的幸 福,你会感受到一群人为了同一个目标前进的力气是多么强大.团队需要个 人,个人也离不开团队,必需发扬团结协作的精神.某个人的离群都可能导致导致整项工作的失败
20、.设计中只有一个人知道原理是远远不够的,必需让每个人都知道,否就一个人的错误,就有可能导致整个工作失败.团结协作是我们设计胜利的一项特别重要的保证.我们需要彼此帮忙,也需要彼此支撑,一个人的完成任务并不能算是这个小组的胜利,每个人都完善的做出设计,才是我们每个人应当自豪的事情.这是最令我欣慰的的方,我们都不自私,我们都很团结,我们都在为其他人做最多的考虑,这是团队精神,也是同学友谊吧.我很期望我们不仅是在设计中,也在以后的生活学习中,都能时刻记着这样的友谊.学习的过程是辛苦的也是欢乐的,我们乐在其中便也不会觉得累.感谢我的组员给我的帮忙以及包涵,感谢我的老师给我的指导以及关爱,每个人的成果都不
21、能说是他自己的收成,我们得到了太多人的帮忙,从各方各面.在这里我只想表达对我的组员以及老师的感谢,感谢你们,在学习的道路上,有你们真好；可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_四、参考文献1.教 材：自动掌握原理,于希宁编著,中国电力出版社,2022年.2.基于 MATLAB的系统分析与设计掌握系统,楼顺天、于卫编著,西安电子科技高校出版社, 1999 年.3.Matlab 工具箱应用指南掌握工程篇,徐昕、李涛、伯晓晨等编著,电子工业出版社, 2022 年.4.反馈掌握系统设计与分析 MATLAB语言应用,薛定宇 著,清华高校出版社, 2022 年.5.自动掌握原理,于希宁,孙建平著,中国电力出版社,2022 年.6.MATLA在B 掌握理论中的应用,陈晓平, 李长杰, 毛彦新著,中国科学技术高校出版社出版.7.自动掌握原理习题精解,刘坤,刘翠响,李妍著,国防工业出版社, 2022.2 2 .8.MATLA语B 言与掌握系统仿真实训教程,刘振全,杨世凤著.可编辑资料 - - - 欢迎下载