自动控制理论课程设计--基于自动控制理论的性能分析与校正

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1、 课程设计报告课程设计报告 ( 2011- 2012 年度 第 1 学期) 名 称： 自动控制理论课程设计 题 目：基于自动控制理论的性能分析与校正 院 系： 动力工程系 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 设计周数： 成 绩： 日期： 2012 年 1 月 6 日 一、课程一、课程设计设计的目的与要求的目的与要求 本课程为自动控制理论 A的课程设计，是课堂的深化。设置自动控制理论 A课 程设计的目的是使 MATLAB 成为学生的基本技能，熟悉 MATLAB 这一解决具体工程问题的标 准软件，能熟练地应用 MATLAB 软件解决控制理论中的复杂和工程实际问题，并给以后的模 糊控制理论、

2、最优控制理论和多变量控制理论等奠定基础。作为自动化专业的学生很有必 要学会应用这一强大的工具，并掌握利用 MATLAB 对控制理论内容进行分析和研究的技能， 以达到加深对课堂上所讲内容理解的目的。通过使用这一软件工具把学生从繁琐枯燥的计 算负担中解脱出来，而把更多的精力用到思考本质问题和研究解决实际生产问题上去。 通过此次计算机辅助设计，学生应达到以下的基本要求： 1.能用 MATLAB 软件分析复杂和实际的控制系统。 2.能用 MATLAB 软件设计控制系统以满足具体的性能指标要求。 3.能灵活应用 MATLAB 的 CONTROL SYSTEM 工具箱和 SIMULINK 仿真软件，分析系

3、统的性 能。 二二、 主要内容主要内容 1 前期基础知识， 主要包括 MA TLAB系统要素， MA TLAB语言的变量与语句， MA TLAB 的矩阵和矩阵元素，数值输入与输出格式，MA TLAB系统工作空间信息，以及 MA TLAB的 在线帮助功能等。 2控制系统模型，主要包括模型建立、模型变换、模型简化，Laplace 变换等等。 3控制系统的时域分析，主要包括系统的各种响应、性能指标的获取、零极点对系统 性能的影响、高阶系统的近似研究，控制系统的稳定性分析，控制系统的稳态误差的求取。 4控制系统的根轨迹分析，主要包括多回路系统的根轨迹、零度根轨迹、纯迟延系统 根轨迹和控制系统的根轨迹分

4、析。 5控制系统的频域分析，主要包括系统 Bode 图、Nyquist 图、稳定性判据和系统的频 域响应。 6控制系统的校正，主要包括根轨迹法超前校正、频域法超前校正、频域法滞后校正 以及校正前后的性能分析。 三三、 进度计划进度计划 序号序号 设计内容设计内容 完成时间完成时间 备注备注 1 基础知识、数学模型 2011 年 12 月 31 日 2 时域分析法、根轨迹分析、频域分析 2012 年 1 月 4 日 3 系统校正 2012 年 1 月 5 日 4 整理打印课程设计报告，并答辩 2012 年 1 月 6 日 四四、 设计成果要设计成果要求求 上机用 MA TLAB编程解题，从教材或

5、参考书中选题，控制系统模型、控制系统的时域 分析法、控制系统的根轨迹分析法、控制系统的频域分析法每章选择两道题。第六章校正选 四道，其中根轨迹超前校正一道、根轨迹滞后校正一道、频域法超前校正一道、频域法滞后 校正一道。并针对上机情况打印课程设计报告。 课程设计报告包括题目、解题过程及程序清单和最后的运行结果（曲线） ，课程设计总 结或结论以及参考文献。 五五、 考核方式考核方式 自动控制理论课程设计的成绩评定方法如下： 根据 1打印的课程设计报告。 2独立工作能力及设计过程的表现。 3答辩时回答问题的情况。 成绩评分为优、良、中、及格以及不及格 5 等。 学生姓名： 指导教师： 2012 年

6、1 月 6 日 六六、设计正文、设计正文 控制系统模型 1、 已知系统的传递函数为 753 314 sss ss sG， 在 MA TLAB环境下获得其连续 传递函数形式模型。已知系统的脉冲传递函数为 753 314 zzz zz sG，在 MA TLAB 环境下获得其采样时间为 7s 的传递函数形式模型。 解： 程序如下： z=-1 -3; p=-3 -5 -7; k=4; G1=zpk(z,p,k) 运行结果为： 程序如下 z=-1 -3; p=-3 -5 -7; k=4; Ts=7; G2=zpk(z,p,k,Ts) 运行结果如下： 2、如图所示为控制系统框 图，求系统的闭环传递函数。 解： 程序代码如下： G1=tf(1,1