自动控制原理

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1、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：专业班级：指导教师：工作单位：题目:直流电机补偿环节设计初始条件：直流电机控制系统的结构如图所示，简化的直流电机模型的传递函数，。希望利用超前和滞后补偿的方法是系统满足下述性能指标：A）对单位斜坡输入的稳态误差小于0.1；B）且超调量小于25%。KGc(s)RYe+-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）设计超前补偿环节，使系统满足指标要求，画出加入补偿环节前后的开环根轨迹图；（2）取Ts=0.

2、05s，确定超前补偿环节的数字控制形式；（3）对比（1）和（2）两种实现形式对单位阶跃和单位斜坡输入的响应；（4）用滞后补偿环节重新设计满足上述性能指标的系统，画出加入补偿环节前后的开环根轨迹图；（5）比较滞后补偿前后，系统对单位阶跃和单位斜坡输入的响应；（6）对上述任务写出完整的课程设计说明书，说明书中必须写清楚分析计算的过程，进行补偿环节设计时，必须在波特图中标注校正前后的曲线，并包含Matlab源程序或Simulink仿真模型，说明书的格式按照教务处标准书写。24武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说

3、明书时间安排：任务时间（天）指导老师下达任务书，审题、查阅相关资料2分析、计算3编写程序2撰写报告2论文答辩1指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日24武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书摘要当系统设计要求满足的性能指标属频域特征量时，通常采用频域校正方法。在开环系统频率特性基础上，以满足稳态误差、开环系统截止频率和相角裕度等要求为出发点时，可采用串联校正的方法。在此次课程设计中，主要用到超前校正、滞后校正两种不同的方法分别对直流电动机进行校正设计，以达到设计要求并改善性能的目的。在设计

4、过程中，首先根据两种不同校正方法的原理将时域性能指标要求转化到频域来分析计算，并得出传递函数，再用matlab仿真软件进行仿真验证，分别绘出串联超前网络和滞后网络校正前后的伯德图、根轨迹图、阶跃响应曲线、斜坡响应曲线，对曲线逐一对比，从不同角度进行分析，以此得出超前校正和滞后校正的动态性能及静态性能的变化，总结超前网络及滞后网络的作用。对比总结超前网络滞后网络的不同特点。在生产实践中，需要需要选择最佳校正方案。关键字：校正动态性能静态性能matlab仿真24武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书目录1确

5、定动态性能要求及分析待校正装置41.1确定开环放大倍数41.2确定动态性能指标51.3待校正传递函数matlab仿真验证分析51.4阶跃响应分析动态性能72超前补偿校正82.1超前网络原理82.2超前网络校正分析计算92.2.1根据动态性能指标要求进行计算92.2.2T=0.05时的数字控制92.2.3两种方式的阶跃响应及斜坡响应102.3校核校正后系统112.4根轨迹分析系统性能132.5阶跃响应分析动态性能142.6斜坡响应分析静态性能153滞校正后补偿163.1滞后网络原理163.2网络校正分析计算1

6、63.3校核校正后的系统173.4根轨迹分析动态性能183.5阶跃响应分析动态性能193.6斜坡响应分析静态误差204总结215心得体会226参考文献23本科生课程设计成绩评定表2324武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书直流电机补偿环节设计1确定动态性能要求及分析待校正装置1.1确定开环放大倍数根据要求可确定开环传递函数的开环放大倍数，根据第一个要求对单位斜坡输入的稳态误差小于0.1。由公式（1）（2）可求得开环传递函数的开环放大倍数k>10,故取k=11.所以可得传递函数为（3）1.2确定动态性能

7、指标设计要求超调量小于25%，根据高阶系统频域指标与时域指标的关系（4）（5）可求得r>54.7。对于原传递函数，可根据求相角裕度公式（6）（7）求得=17.20可知原传递函数不满足动态性能要求，需进行校正。1.3待校正传递函数matlab仿真验证分析下面从伯德图，相角裕度，根轨迹，单位阶跃响应，单位斜坡响应来进行验证分析。（1）伯德图24武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书求待校正传递函数得伯德图的源程序如下：num1=1den1=[1,1,0]bode(num1,den1)grid所得的伯德图如图

8、1所示图1校正前伯德图使用matlab求得函数的相角裕度及幅值裕度的源程序及运行结果如下所示：num=1den=[1,1,0][mag,phase,w]=bode(num,den)[gm,pm,wcg,wcp]=margin(mag,phase,w)gm=4.0007e+004%幅值裕度pm=51.8339%相角裕度wcg=200.0277%幅值裕度相应的频率wcp=0.7852%相角裕度相应的频率24武汉理工大