自控课程设计报告-- 线性控制系统的校正及分析

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1、成绩课程设计报告题目线性控制系统的校正及分析课程名称自动控制原理院部名称机电工程学院专业电气工程及其自动化班级10电气工程及其自动化1班学生姓名胡桐学号1004103047课程设计地点C214课程设计学时一周指导教师陈丽换金陵科技学院教务处制1目录一、设计题目……………………………………………………………1二、设计目的和要求……………………………………………………11、设计目的………………………………………………………12、设计要求………………………………………………………1三、设计总体思路………………………………………………………1四、详细设计步骤………………

2、………………………………………2五、设计总结……………………………………………………………26六、参考文献……………………………………………………………261一、设计题目：已知单位负反馈系统的开环传递函数，试用频率法设计串联超前校正装置，使系统的相位裕度，静态速度误差系数，增益欲度10—12dB。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CONTROLSYSTEM工具箱和SIMULINK仿真软件，分析系统的性能。二、设计目的与要求：设计目的：1、了解控制系

3、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。设计要求：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。三、总体设计思路（1）、根据稳态误差的值，确定开环增益K。（2）、利用已确定的开环增益K，确定校正前系统的传递函数，画出其bode图，从图上看出校正前系统的相位裕度和剪切频率。（3）、根据相位裕度26的要求，计算出超前校正

4、装置的参数a和T。即得校正装置的传递函数，然后得到校正后系统的开环传递函数。（4）、验证已校正系统的相位裕度和剪切频率。四、详细设计步骤1、基于MATLAB用频率法对系统进行串联校正设计，使其满足给定的频域性能指标。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，β等的值。⑴首先，由设计要求静态速度误差系数取，则有：所以，该系统的开环传递函数为⑵确定未校正系统的剪切频率，穿越频率相角裕度和增益裕度。MATLAB程序如下：>>k=40;nun1=1;>>den1=conv([10],[0.06251]);>>den=conv([0

5、.251],den1);>>s1=tf(k*nun1,den);>>figure(1);>>margin(s1)26程序运行后，可得未经校正系统的Bode图及其性能指标和未校正系统的阶跃给定响应曲线:图1-1超前校正前系统的伯德图根据以上校正前系统的伯德图，频域性能指标如下：剪切频率穿越频率相位裕度增益裕度由此可以看出相位欲度，增益裕度，都不满足题目要求，故需要校正。⑶利用MATLAB语言计算出超前校正器的传递函数：根据题目要求，取校正后系统的相位裕度，增益裕度则要求才能满足要求，即可求出校正后的得到计算结果：因此，校正后的剪切频率应在3.52rad/s左右，又

6、由于计算结果与仿真有差距，我们取剪切频率。并编写求滞后校正器传递函数的程序，调用了超前校正器传递函数的函数。MATLAB程序如下：wc=3.95;k0=40;n1=1;d1=conv(conv([10],[0.06251]),[0.21]);beta=11.5;T=1/(0.1*wc);26>>betat=beta*T;Gc1=tf([T1],[betat1])程序结果为：即对于校正后系统的滞后校正补偿器传递函数为：⑷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，就编写求校正器的传递函数的MATLAB程序，其中调用了求超前校正器传

7、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滞后校正器；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，求系统串联滞后校正器传递函数时，就可以调用此函数。leadc.m编制如下：n1=[40];d1=conv(conv([10],[0.06251]),[0.21]);sope=tf(n1,d1);wc=3.95;gama=25;var(1)=gama;var(2)

8、=wc;gama=var