1、 计算机控制课程设计报告计算机控制课程设计报告 题目: 串联校正综合法控制器设计 姓名: 学号: 2015 年 6 月 12 日 计算机控制课程设计任务书 学 号 班 级 学 生 指导教师 题 目 串联校正综合法控制器设计 设计时间 2015 年 6 月 12 日 至 2014 年 6 月 18 日 共 1 周 设计要求 设 计 任 务 ： 设 单 位 反 馈 系 统 的 开 环 传 递 函 数 为 )102.0)(112.0( )( 0 sss K sG， 采用模拟设计法设计数字控制器， 使校正后的系统满足如下指标：70Kv，%40 p M，st s 1。 方案设计： 1. 完成控制系统的分
2、析、设计； 2. 选择元器件， 完成电路设计， 控制器采用 MCS-51 系列单片机 (传感器、 功率接口以及人机接口等可以暂不涉及)， 使用 Protel 绘制原理图； 3. 编程实现单片机上的控制算法。 报告内容： 1. 控制系统仿真和设计步骤， 应包含性能曲线、 采样周期的选择、 数字控制器的脉冲传递函数和差分方程； 2. 元器件选型，电路设计，以及绘制的 Protel原理图； 3. 软件流程图，以及含有详细注释的源程序； 4. 设计工作总结及心得体会； 5. 列出所查阅的参考资料。 指导教师签字： 系（教研室）主任签字： 2015 年 6 月 12 日 方案设计： 一一、题目分析题目分
3、析 设单位反馈系统的开环传递函数为 )102.0)(112.0( )( 0 sss K sG， 采用 模拟设计法设计数字控制器，使校正后的系统满足如下指标：70Kv， %40 p M，st s 1。 二、二、 控制系统设计控制系统设计 1被控对象特性被控对象特性 图 1 被控对象整体框图 图 2 校正前后幅频特性图 2控制器的设计控制器的设计 2.1 取 K=70，画待校正系统对数幅频特性| G|dB，如图 2 所示。求得待校正 系统的截止频率 c =24rad/s。 2.2 绘制期望幅频特性 低频段： I 型系统，=1rad/s 时，有：20lg| c GG | =20lgK=36.9dB
4、斜率为-20dB/dec， 与 20lg| G|的低频段重合。 中频及衔接段： 由式： )1(4.016.0 r M c s K t 0 将%及 s t转换为响应的频域指标，并取为 r M=1.6， c =13rad/s 按式（2-17）及（2-18）估算，应有 2 4.88rad/s， 3 21.13rad/s 在 c =13rad/s 处，作-20dB/dec 斜率直线，交 20lg| G|于=45rad/s 处，见图 取 2 =4rad/s， 3 =45rad/s。 此时，H= 3 / 2 =11.25。由式（2-9）知，相应的 o 8.56 1H 1-H arcsin 在中频段与过 2
5、 =4rad/s 的横轴垂线的的交点上，作-40dB/dec 斜率直线，交期望 特性低频段于 1 =0.75rad/s 处。 高频及衔接段： 在 3 =45rad/s 的横轴垂线与中频段的交点上，作斜率为-40dB/dec 直线，交 待校正系统的 20lg| G|于 4 =50rad/s 处； 4 时， 取期望特性高频段 20lg| c GG | 与待校正系统高频段特性 20lg| G|一致。 于是，期望特性的参数为： 1 =0.75rad/s， 2 =4rad/s， 3 =45rad/s， 4 =50rad/s， c =13rad/s，H=11.25。 2.3 将| c GG 0 |与| 0
6、 G|dB 特性相减，得串联校正装置传递函数： )022.01)(33.11( )12.01)(25.01( )( s sG c 2.4 验算性能指标 校正后系统开环系统传递函数： )022.01)(02.01)(33.11( )25.01(70 )( ssss sG 直接算得： c =13rad/s， 6.45， r M=1.4，%32% ，st s 73.0。完全满 足设计要求。 三、三、MATLABMATLAB 仿真仿真 1校正校正前前性能性能曲线曲线 1.1校正前电路 1.2校正前伯德图 -100 -50 0 50 100 Magnitude (dB) 10 -1 10 0 10 1 10 2 10 3 -270 -225 -180 -135 -90 Pha
