太阳观测控制系统设计课程设计

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1、学号：0121211350518课程设计题目太阳观测控制系统设计学院自动化专业电气工程及其自动化班级电气1205姓名刘爽指导教师熊和金、李浩2015年1月16日I武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书课程设计任务书学生姓名：刘爽专业班级：电气1205班指导教师：熊和金、李浩工作单位：自动化学院题目:太阳观测控制系统设计初始条件：太阳观测控制系统的开环传递函数为：要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1．分别用时域和频域方法设计该系统的控制器。控制系统的时域性能指标为：斜坡输入产生的

2、稳态误差2%阶跃响应的最大超调<5%上升时间0.03秒调节时间0.08秒控制系统的频域性能指标为：斜坡输入产生的稳态误差1%相位裕量大于2.用Matlab对校正前后的系统进行仿真分析，画出阶跃响应曲线，计算其时域性能指标。时间安排:任务时间（天）审题、查阅相关资料1分析、计算3编写程序1撰写报告2论文答辩0.5指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日I武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书目录摘要I1、以时域方法设计系统的控制器21.1理论分析21.1.1典型情况分析21.1.2基本参数计算31.1.3上升时间

3、的计算31.1.4超调量的计算31.1.5调节时间的计算31.1.6理论分析结论41.2方案论证与选择41.2.1方案1—比例-微分控制41.2.2方案2—测速负反馈控制51.2.3方案选择61.3参数的确定61.3.1稳态误差61.3.2阶跃信号输入的超调量71.3.3上升时间71.3.4调节时间71.4系统设计72、以频域方法计系统的控制器83、MATLAB仿真分析113.1系统的时域分析113.1.1斜坡输入稳态误差113.1.2阶跃输入性能113.2系统的频域分析13结束语14参考文献15本科生课程设计成绩评定表161

4、武汉理工大学《自动控制原理》课程设计摘要自动控制技术已广泛应用于制造业、农业、交通、航空及航天等众多产业部门，极大地提高了社会劳动生产率，改善了人们的劳动条件，丰富和提高了人民的生活水平。在今天的社会生活中，自动化装置无所不在，为人类文明进步做出了重要贡献。 随着计算机技术的飞速发展，控制系统计算机辅助设计技术在工具、理论和算法上取得了巨大的进步，以前难于设计的控制系统现在可用新方法和新策略较容易地得到结果。在目前诸多控制系统设计方法中，处于主导地位的是频域设计方法和时域设计方法。 计算机的不断普及和各工具软件的不断发展，Ma

5、tlab已经作为一个很强大的软件而受到人们的广泛应用。结合Matlab来分析系统的动态性能，已经成为了未来发展的趋势。关键词：太阳观测控制系统时域分析频域分析Matlab仿真I武汉理工大学《自动控制原理》课程设计太阳观测控制系统设计1、以时域方法设计系统的控制器1.1理论分析1.1.1典型情况分析根据设计要求，若将系统设计为最基本的单位负反馈的二阶系统。单位负反馈的二阶系统的结构图如图1-1所示：图1-1单位二阶系统的结构图其开环传递函数为：其中，是二阶系统的阻尼比；是自然振荡频率或无阻尼振荡角频率，简称为自然振荡频率或无阻尼

6、振荡频率。式②也可以写作：其中，称为开环增益，为时间常数。二阶系统的闭环传递函数为：由于系统不存在闭环零点，上式所示的系统为无零点的二阶系统。显然二阶系统的响应取决于、两个参数，令式(4)等于零，得二阶系统特征方程为：（5）系统的闭环极点即特征方程式的根为：（6）从式(6)可以看出，当阻尼比，二阶系统的两个闭环极点为正实数或一对具有正实15武汉理工大学《自动控制原理》课程设计数部的共轭复数，位于右半S平面；当阻尼比，二阶系统的两个闭环极点为负实数或一对具有负实部的共轭复数，位于左半S平面。1.1.2基本参数计算由开环传递函数可

7、得：（7）（8）（9）由式(7)、(8)、(9)可将、用含有K的式子表示：，，；阻尼角为：。1.1.3上升时间的计算欠阻尼二阶系统单位阶跃响应为：（10）上升时间是指第一次上升到稳态值所需要的时间。由于的稳态值为1，在计算上升时间时，令，可得到：（11）1.1.4超调量的计算系统上升到最大值的峰值时间为：（13）将式（14）代入式（10），得到其峰值为：（15）所以可以计算其超调量为：（16）1.1.5调节时间的计算15武汉理工大学《自动控制原理》课程设计从理论上来说要精确计算是十分困难的，因为曲线的收敛速度比比其包络线要快，

8、所以可以用包络线代替响应曲线进行估算，所得结果略保守。设误差带为，包络线进入误差带的时间即可认为是调节时间设误差带为，则可得到：（18）对于或者，常采用以下公式计算调节时间：（19）（20）本次设计采取误差为进行设计，所以调节时间用含有K的式子表示为：1.1.6理论分析结论按