温度控制系统的分析与校正

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1、学号：10课程设计题目温度控制系统的分析与校正学院自动化学院专业电气工程及其自动化班级姓名指导教师陈启宏张立炎2010年1月15日课程设计任务书学生姓名：专业班级：电指导教师：陈启宏张立炎工作单位：武汉理工大学题目:温度控制系统的分析与校正初始条件：某温箱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、试用Matlab绘制其波特图和奈奎斯特图，计算相角裕度和幅值裕度；2、试设计超前校正装置，使系统的相角裕度增加10度。3、用Matlab对校正后的系统进行仿真，画出阶跃相应曲线时间安排：

2、任务时间（天）审题、查阅相关资料1分析、计算1.5编写程序1撰写报告1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：年月日目录引言11系统开环传递函数分析21.1比例环节121.2积分环节1/S21.3惯性环节1/(5s+1)21.4延迟环节e-2s31.5开环传递函数Gp=e-2s/s(5s+1)32利用Matlab分析传递函数42.1绘制波特图42.2绘制奈奎斯特图52.3计算相角裕度72.4计算幅值裕度73设计超前校正装置83.1无源超前校正装置83.2确定校正函数93.2.1估算校正函数93.2.2检验相角裕度93

3、.2.3增大补偿角后确定校正函数103.3校正装置参数设置114校正后系统的仿真以及其阶跃响应曲线124.1仿真校正后的系统124.2阶跃响应曲线的绘制12结束语14参考文献15本科生课程设计成绩评定表武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书引言本次课程设计要求运用所学知识分析并校正温度控制系统的开环传递函数。自动控制原理如今已经运用到我们生活的各个方面了，如温度控制、气压控制、水位控制等等。而此次课程设计要求利用课本所学的知识利用Matlab软件查阅相关资料来分析并校正一个温箱的开环传递函数。这不仅要求我们学好书本上的知识还要求我们

4、能够灵活的运用所学的知识，并利用强大的软件Matlab分析协助解决问题。这将极大的锻炼我们的自主学习能力以及动手解决问题的能力。而作为一名自动化学院的学生，应该掌握简单的开环传递函数的分析与校正。而随着科技的发展，将会有更多更复杂的传递函数出现，对其的研究也将是一项极其重要的工程，也利于我们为将来分析和校正更复杂的传递函数打下坚实基础。15武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书1系统开环传递函数分析传递函数Gp(s)由比例环节，积分环节，惯性环节，延迟环节组成。1.1比例环节1Gp(s)的比例环节为1，其基本特性如下：比例环节的传递

5、函数和频率特性为：G(s)=1；G(jw)=1。幅值特性和相频特性：A(w)=

6、G(jw)

7、=1；j(w)=ÐG(jw)=0°。对数幅频特性和对数相频特性为：L(w)=20lgA(w)=20lg1；j(w)=0°。对数幅频特性L(w)是w轴线。1.2积分环节1/S积分环节的传递函数和频率特性为：G(s)=1/s；G(jw)=1/jw=e-j90/w。幅频特性和相频特性为A(w)=

8、1/jw

9、=1/w；j(w)=Ð(1/jw)=-90°。积分环节的对数幅频特性和对数相频特性为：L(w)=20lgA(w)=20lg(1/w)=-20lgw；

10、j(w)=-90°。由于Bode图的横坐标按lgw刻度，故上式可视为自变量为lgw，因变量为L(w)的关系式，因此该式在Bode图上是一个直线方程式。直线的斜率为−20dB/dec。当ω=1时，−20lgw=0，即L(1)=0，所以积分环节的对数幅频特性是与w轴相交于w=1，斜率为−20dB/dec的直线。积分环节的相频特性是j(w)=-90°，相应的对数相频特性是一条位于w轴下方，且平行于w轴的水平直线。1.3惯性环节1/(5s+1)惯性环节的传递函数和频率特性为G(s)=1/(1+5s)；G(jw)=1/(1+j5w)。幅值特性和相

11、频特性为：A(w)=

12、1/1+j5w

13、，j(w)=Ð(1/1+j5w)=-arctan5w。15武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书对数幅频特性和对数相频特性为L(w)=20lgA(w)；j(w)=-arctan5w。绘制惯性环节的对数幅频特性曲线时，可以将不同的w值代入上式逐点计算L(w)，但通常用渐近线的方法先画出曲线的大致图形，然后再加以精确化修正。1.4延迟环节e-2s延迟环节的的传递函数和频率特性为G(s)=e-2s；G(jw)=e-2jw=cos2w-jsin2w。幅频特性和相频特性为A(w)=

14、G(jw)

15、=

16、cos

17、2w-jsin2w

18、=1；j(w)=ÐG(jw)=Ðe-2jw=-arctan(sin2w/cos2w)=-2w(rad)=-57.3*2w(°)。对数幅频特性和对数相频特性为L(w)=20lgA(w)=2