1、 学号： 1409211009 2014 - 2015 学年 第 二 学期 自动控制原理自动控制原理 课课 程程 设设 计计 报报 告告 题题 目：目： 自动控制系统的校正 专专 业：业： 自动化自动化 班班 级：级： 1414 级自动化（专升本）级自动化（专升本） 电气工程学院 2015 年 6 月 10 日 课 程 设 计 任 务 书 .3 （一）设计的目的 .3 （二）设计任务 .3 （三）设计具体要求 .3 报告正文： 4 摘要4 （四）未校正的系统分析 4 （五）系统校正设计 .7 【参考文献】 13 【附录】 14 课课 程程 设设 计计 任任 务务 书书 （一）设计的目的（一）设
2、计的目的 1理论联系实际，加强对自动控制理论的理解。增强分析问题、解 决问题的能力。 2熟悉 MATLAB 软件，掌握它在控制系统设计当中的应用，能熟练 进行系统建 模、性能分析、模型仿真等操作。 3用单片机进行编程，实现 PID 的控制算法，了解控制算法的具体 实现及单片 机软件仿真过程。 4开发创新意识，增进对科学技术的兴趣。 5培养严肃认真的科学态度。 （二）设计任务（二）设计任务 已知单位负反馈系统的开环传递函数 0 K G (S) S(S1) 试用频率法设计 串联超前校正装置，使系统的相角裕量 0 45 ，在单位斜坡输入下的 稳态误差 1 15 erad ，截止频率不低于7.5 ra
3、d s 。 （三（三）设计具体要求）设计具体要求 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 分析系统的性能。 报告正文：报告正文： 摘要 根据被控对象及给定的技术指标要求， 设计自动控制系统， 既要 保证所设计的系统有良好的性能，满足给定技术指标的要求，还要考 虑方案的可靠性和经济性。由系统物理结构图建立数学模型，通过对 系统稳态和动态性能的分析， 其均不满足给定技术指标， 主要采用了 串联滞后校正。 在对系统进行校正时，采用了基于根轨迹的串联滞 后校正，对系统校正前后的性能进行了分析和比较，并
4、 visio 软件绘 制系统物理模拟图和结构框图，以及用 MATLAB 软件进行仿真和计 算。确定了校正环节的传递函数，根据所确定的传递函数，计算物理 模拟图的参数，最后确定了系统的物理模拟图。 （四）未校正的系统分析（四）未校正的系统分析 1利用 Simulink 进行仿真： 在输入端施加斜坡信号，通过 Scope 检测未加校正环节系统的阶 跃响应曲线 图 1 原系统在 Simulink 环境下的系统模型 2 利用 Matalab 画出校正前系统的伯德图： 根据取定的 K 值， 利用 MATLAB 画出未校正系统的开环渐进对 数幅频特性和相频特性曲线。 （如下 Bode 图） 源代码: G=
5、tf(15,1 1 0) figure(1) margin(G) -50 0 50 100 System: G Frequency (rad/sec): 3.93 Magnitude (dB): -0.536 Magnitude (dB) 10 -2 10 -1 10 0 10 1 10 2 -180 -135 -90 Phase (deg) System: G Frequency (rad/sec): 3.93 Phase (deg): -166 Bode Diagram Gm = Inf dB (at Inf rad/sec) , Pm = 14.7 deg (at 3.81 rad/se
6、c) Frequency (rad/sec) 图 2 校正前系统的伯德图 运行结果：相角裕量 Pm =14.7 deg 截止频率 Wcp = 3.81 rad/sec 3单位阶跃响应分析 在 MATLAB 中编写如下程序: num=15;den=1 1 15; sys=tf(num,den); t=0:0.01:3 u=t lsim(sys,u,t,0);grid 00.511.522.53 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 Linear Simulation Results Time (sec) Amplitude 图 3 系统单位斜波响应 波得图上量取原系统的相角和幅值裕量， 并找出符合相角裕量要 求的相应频率作为 wc 从图 2 可看出， 未校正系统的增益交界频率 wc3.81rad/s， 其相 角裕度 14, 显然，未校正系统是不稳
