1、 自动控制原理课程设计自动控制原理课程设计 目目 录录 一、设计题目2 二、设计内容2 三、系统分析及其校正 3.1 未校正系统的分析 3.2 校正装置类型及参数的设定 3.3 校正后系统的分析 三、设计总结 - 1 - 一、设计题目一、设计题目 已知单位负反馈系统的开环传递函数，试对系统进行串联校正设计，使之满 足: （1）闭环主导极点的阻尼比=0.5； （2）静态速度误差系数 1 80 sK v ； （3）无阻尼自然频率 1 5 s n 。 二、设计内容二、设计内容 （1） 未校正系统的分析： 1）利用 MATLAB 作出单位阶跃输入下的系统响应，分析系统单位阶跃响 应的性能指标 2）编写
2、 M 文件绘出系统的开环传函的 bode 图，利用频域方法分析系统的 频域性能指标（相角裕度和幅值裕度，开环振幅） 。 3）绘制根轨迹，分析未校正系统随着根轨迹增益变化的性能（稳定性，快 速性） 4）绘制系统 Nyquist 曲线。 （2） 分析所采用的校正类型的理由。 （3） 确定校正装置传递函数的参数。 （4） 提出校正的实现方式及其参数（要求实验实现校正前、后系统并得到的校 正前后的阶跃响应） 。 （5） 画出校正后的系统 bode 图和 Nyquist 曲线，并检验系统性能指标。 （6） 设计总结。 三、系统分析及其校正三、系统分析及其校正 3.1 未校正系统的分析 3.1.1 原系统
3、的单位阶跃响应曲线 原系统的开环传递函数为： ssss sG 5.0 4 )5.0( 4 )( 2 0 则闭环传递函数： 45.0 4 )(1 )( )( 2 0 0 sssG sG s - 2 - 该系统的方框图如下： 4 s+0.5(s) Transfer Fcn StepScope 1 s Integrator *校正前系统的单位阶跃响应的 MATLAB 程序为： clear num=4; den=1 0.5 0; Gs=tf(num,den); sys=feedback(Gs,1); step(sys) grid on title(Plot of Unit - Setp Respons
4、e Curves,Position,5 2.22,FontSize,8) xlabel(Time(sec),Position,9.8 -0.15,FontSize,8) ylabel(Response,Position,-0.25 1,FontSize,8) *运行得到单位阶跃响应曲线（图一）如下： 0510152025 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 Plot of Unit - Setp Response Curves Time(sec) (sec) Response （图一） *计算系统的性能指标，用 MATLAB 编写程序代码如下： clear
5、num=4; - 3 - den=1 0.5 0; Gs=tf(num,den); %建立系统的开环传递函数模型 Gs=feedback(Gs,1); %建立系统的闭环传递函数模型 y,t=step(Gs); %求出该系统的单位阶跃相应 ytr=find(y=1); rise_time=t(ytr(1) %计算上升时间 ymax,tp=max(y); peak_time=t(tp) %计算峰值时间 max_overshoot=ymax-1 %计算超调量 s=length(t); while y(s)0.98 end settling_time=t(s+1) %计算调整时间 运行改程序得到以下结果： rise_time = 0.9035 peak_time = 1.6062 max_overshoot = 0.6724 settling_time = 14.7574 3.1.2 原系统的 Bode 图 *绘制 Bode 图的 MATLAB 程序为： clear num=4; den=1 0.5 0; Gs=tf(num,den); figure(1); bode(Gs); grid on hold on *原系统的 Bode 图（图二）如下： - 4 - -40 -20 0 20 40 60 Mag
