自动控制课程设计--控制系统根轨迹法串联校正装置设计

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1、 自动控制原理 课程设计报告书 设计题目：设计题目： 控制系统根轨迹法串联校正装置设计 专专 业：业： 自动化 班班 级级： 10 级 2 班 学生姓名学生姓名: : 学学 号号: : 指导教师指导教师： 2013 年 12 月 08 日 2 物理与电子工程学院物理与电子工程学院 课程设计任务书课程设计任务书 专业： 自动化 班级： 10 级 2 班 学生姓名 学号 课程名称 自动控制原理 设计题目 控制系统根轨迹法串联校正装置设计 设计目 的、主要 内容（参 数、 方法） 及要求 设计目的： 1培养理论联系实际的设计思想，训练综合运用控制理论和相关课程知识的能 力。 2. 掌握自动控制原理中

2、根轨迹法串联校正装置的作用及用法，根据不同的系统 性能指标要求进行合理的系统设计，并调试满足系统的指标。 3. 学会使用 MATLAB 语言及 Simulink 动态仿真工具进行系统仿真与调试。 4. 锻炼学生独立思考、动手解决问题的能力。 设计内容： 已知单位负反馈控制系统被控制对象的传递函数 用根轨迹法设计串联校正装置。 设计要求： 1.引入该校正装置后，系统的超调量20，上升时间 tr1s,当输入信号 是单位斜坡函数时，系统的误差 ess0.05。 2.用 MATLAB 仿真软件辅助分析，画出单位阶跃响应曲线，按主导极点法设计校 正装置，初步设计出校正装置传递函数形式。 3.利用 MAT

3、LAB 仿真软件绘制校正后单位阶跃响应曲线，验算设计结果。 4.在 Matlab/Simulink下建立系统仿 真模型，求校正前、后系统单位阶跃响应 特性，并进行系统性能比较； 5.完成设计报告。 工作量 2 周时间，每天 3 学时，共计 42 学时 进度安排 第 1-5 天：查阅资料，理论设计。 第 6-9 天：Matlab/Simulink 仿真设计。 第 10-14 天：整理课程设计报告。 主要参考 资料 1.黄坚.自动控制原理及其应用(第 4 版)M，北京：高等教育出版社,2004 2.王正林,王胜开.MATLAB/Simulink 与控制系统仿真(第2版)M.北京:电子工 业出版社,

4、2008 指导教师 签字 教研室主任签字 )40)(2( )( 0 sss K sG 3 摘 要 根轨迹法将以时域参量描述的性能指标要求转化为一对期望主导极点 位置的参数,引入校正装置改变原系统的根轨迹,使其通过或接近期望主导极点. 对一个原来不稳定的系统,采用根轨迹方法设计校正装置,使其满足性能要求.设 计过程通过 MATLAB/Smulink 辅助绘图完成,根轨迹设计器既可以分析系统根轨 迹， 也能对系统进行校正设计， 而根轨迹主导极点法常用于估算高阶系统的性能， 用主导极点代替全部闭环极点绘制系统时间响应曲线， 形状误差仅出现在曲线的 起始段，而主要决定性能指标的曲线中、后段， 其形状基

5、本不变。在 MATLAB 中 的命令窗口使用根轨迹分析与设计工具 rltool 对系统进行校正分析即可。 关键词：根轨迹；串联校正；MATLAB/Smulink 仿真模型 4 目 录 1 系统的根轨迹法分析. 5 1.1 根轨迹法设计定义5 1.2 根轨迹法设计原理5 2 系统校正. 5 2.1 已知条件及要求 .6 2.2 对系统进行分析 .7 3 MATLAB/Simulink 仿真 3.1 未校正系统仿真 .7 3.2 超前校正设计仿真8 3.4 滞后校正设计仿真9 4 心得体会 10 参 考 文 献.11 附 录 5 1 1 系统的根轨迹法分析 1.1 1.1 根轨迹法系统设计定义 在

6、实际工程控制中， 往往需要设计一个系统并选择适当的参数以满足性能指 标的要求，或对原有系统增加某些必要的元件或环节，使系统能够全面满足性能 指标要求，此类问题就称为系统校正与综合，即系统设计。 1.2 根轨迹法设计原理 （1）根轨迹与稳定性当系统开环增益从变化时，若根轨迹不会越过虚轴进 入s右半平面，那么系统对所有的K值都是稳定的；若根轨迹越过虚轴进入s右 半平面，那么根轨迹与虚轴交点处的K值，就是临界开环增益。应用根轨迹法， 可以迅速确定系统在某一开环增益或某一参数下的闭环零、极点位置，从而得到 相应的闭环传递函数。 （2）根轨迹与系统性能的定性分析 1）稳定性。如果闭环极点全部位于s左半平面，则系统一定是稳定的，即 稳定性只与闭环极点的位置有关，而与闭环零点位置无关。 2）运动形式。如果闭环系统无零点，且闭环极点为实数