《自动控制原理》课程设计报告

《自 动 控 制 原 理》课 程 设 计

（理工类）

课程名称： 自动控制原理 专业班级： 08自动化（1）班

学生学号： 0804110601 学生姓名： 丁丽华

所属院部： 机电工程学院 指导教师： 陈丽换

2009 ——2010 学年 第二学期

金陵科技学院教务处制

金 陵 科 技 学 院

《自动控制原理》课程设计任务书

课程序号 课程编号04184500

实践序号 设计名称 自动控制原理课程设计 适用年级、专业 08自动化 时间 1 周

一、 设计目的：

1、 了解控制系统设计的一般方法、步骤。

2、 掌握对系统进行稳定性分析、稳态误差分析以及动态特性分析的方法。 3、 掌握利用MATLAB对控制理论内容进行分析和研究的技能。 4、 提高分析问题解决问题的能力。

二、 设计内容与要求：

设计内容：

1、阅读有关资料。

2、对系统进行稳定性分析、稳态误差分析以及动态特性分析。 3、绘制根轨迹图、Bode图、Nyquist图。 4、设计校正系统，满足工作要求。

设计条件：

1、已知单位负反馈系统被控制对象的传递函数为

G(S)

K0

S(S 1)(S 2)

设计要求：

1、能用MATLAB解复杂的自动控制理论题目。 2、能用MATLAB设计控制系统以满足具体的性能指标。

3、能灵活应用MATLAB的CONTROL SYSTEM 工具箱和SIMULINK仿 真软件，分析系统的性能。

设计题目: G(S)

K0

，试用频率法设计串联滞后——超前校正装置，使系统

S(S 1)(S 2)

0的相角裕量 45，静态速度误差系数Kv 10s 1,截止频率不低于1.5rads

设计步骤：

1、静态速度误差系数Kv 10s 1，即当S—>0时，G(S) 即被控对象的开环传递函数：

G(S)=

K0

=10，解得K0=20s-1。

S(S 1)(S 2)

20

。

S(S 1)(S 2)

2、滞后校正器的传递函数为：GC1(S)=

1 bTS1 TS

根据题目要求，取校正后系统的截止频率WC=1.5rad/s,先试取b=0.105，编写求滞后校正器的传递函数的MATLAB的程序如下： wc=1.5;k0=20;n1=1; d1=conv(conv([1 0],[1 1]),[1 2]);

b=0.105;T=1/(0.1*wc); B=b*T;Gc1=tf([B 1],[T 1])

将程序输入MATLAB Command Window后，并按回车，Command Window出现如下代数式：

6.667s 1

63.33s 1

由式可知：b=0.105,T=63.33。

3、 求超前校正器的传递函数，而已知串联有滞后校正器的传递函数为： G(S)Gc1(S)=

6.667s 120

S(S 1)(S 2)63.33s 1

根据校正后系统的传递函数，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matlab6.5\work\文件夹下，leadc.m编制如下：

function [Gc]=leadc(key,sope,vars)

% MATLAB FUNCTION PROGRAM leadc.m %

if key==1

gama=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([T 1],[alphat 1]); elseif key==2 wc=vars(1);

num=sope.num{1};den=sope.den{1}; 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([T 1],[alphat 1]); elseif key==3

gama=vars(1);wc=vars(2);gama1=gama+5; num=sope.num{1};den=sope.den{1}; ngv=polyval(num,j*wc); dgv=polyval(den,j*wc); 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); End

在Command Window 中编写下列程序： n1=conv([0 20],[6.667 1]);

d1=conv([1 0],[1 1]); d2=conv([1 2],[63.33 1]); d3=conv(d1,d2);

sope=tf(n1,d3);wc=1.5; [Gc]=leadc(2,sope,[wc])

写完后，按回车，出现如下代码：

2.13s 11 aTS2.13s 1

，即超前传递函数为Gc2(S)== ,可得

0.2087s 11 TS0.2087s 1

Gc1(S)

Gc2(S)=

a=10.21,T=0.2087。

故校正后的开环系统总传递函数为：G(S)

6.667s 12.13s 120

S(S 1)(S 2)63.33s 10.2087s 1

验证校正后的闭环系统的性能指标,画出bode图：

由图可知：剪切频率为Wc=1.54rad/s，相角裕量为γ= 45°，符合设计要求。 4、 用MATLAB求校正前后系统的特征根： 20

先写出校正前系统单位负反馈传递函数：Ф（S）= ─────── S3+3*S2+2S+20 故在Commmand Window 中写入：p=[1 3 2 20];roots(p) 回车后得到：

ans =

-3.8371 0.4186 + 2.2443i 0.4186 - 2.2443i

由于校正前系统单位负反馈得特征方程有右半平面的根，故校正前的闭环系统不稳定。 写出校正后系统单位负反馈传递函数： 11.5290S2+7.1480S+0.8128

Ф（S）= ──────────────────────── S5+7.8058*S4+16.4931*S3+21.3676*S2+7.2994*S+ 0.8128 故在Commmand Window 中写入p=[1.00007.8058 16.4931 21.3676 7.2994 0.8128]; roots(p)

回车后得到：p =

1.0000 7.8058 16.4931 21.3676 7.2994 0.8128 ans =

-5.4570 -0.9582 + 1.3694i -0.9582 - 1.3694i -0.2163 + 0.0810i

-0.2163 - 0.0810i

由于校正后系统单位负反馈得特征方程没有右半平面的根，故 …… 此处隐藏：3131字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……