自动控制课程设计-- 线性控制系统的设计与校正

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1、 自自 动动 控控 制制 课课 程程 设设 计计 报报 告告 一、一、课程设计题目：课程设计题目： 线性控制系统的设计与校正 二、二、课程设计内容：课程设计内容： 1、拟定一个线性控制系统，确定传递函数和模拟电路，并在自动控制原理实 验箱上搭建实际电路，输入阶跃信号（用适当周期的方波信号模拟） ，测量系统各项 动态、稳态性能指标； 2、根据工程控制的一般要求提出控制系统的性能指标要求，选择合适的方法 设计校正装置， 并采用 Matlab 软件进行仿真。 然后在实验装置上搭建校正后的系统 电路，再次测量阶跃输入下的动态、稳态性能指标，与校正前的系统进行比较； 三、实验条件：三、实验条件： 测量仪

2、器、自动控制理论实验装置、具有数据采集功能的数字示波器、装配 Matlab 等软件的计算机。 四、四、实验内容：实验内容： 已知二阶闭环系统方框图如下所示: 图 1 二阶闭环系统的方框图 图 2 二阶闭环系统的模拟电路图 校正前系统的开环传递函数为: 0 12 (s) 0.5s(0.5s1)s(0.5s1) G 对应的闭环传递函数为: 2 0n 0 222 0nn (s)4 (s) (s)1s2s4s2s G G 由此可得: n 2 n 22 n 1 0.5 因此未加校正装置前系统 超调量: 2 1 000 000 p 10016.3e 调节时间: s n 3.5 t3.5s v 2K 系统校

3、正前仿真电路结果图 系统校正前伯德图 系统校正前 ATLAB 仿真结果图 设计要求: v 2K p 0.1s s t1s 因此校正后系统性能指标要求: 超调量: 2 1 p 0 .10 .6e 调节时间: sn n 3.5 t1s6 设置校正装置的传递函数: c 0.5s1 (s) s1 G T 则校正后系统的开环传递函数: c0 20.5s12 (s)G(s) G(s) s(0.5s1)s1s(T s1) G T 相应的闭环传递函数: 2 n (s ) 222 nn (s)2 (s)1ss2s2s G GT 得： 2 n 2 T n 1 2 T 0.35sT 所以校正装置的传递函数： 232

4、434 2424 13 1s 0.5s1 (s) 0.35s1s1 C R RR RR R C RRRR G RR C 由此可得校正装置模拟电路为： 其中： 234 50kRRR 6.8fC 1 100R 检验： 36 3 50106.8100.35TR C 6 232434 24 25003 6.8100.5 100 R RR RR R C RR 校正后系统电路图 图 4 校正后系统电路图 系统校正后仿真电路结果图 系统校正后伯德图 系统校正后 ATLAB 仿真结果图 五实验数据分析五实验数据分析 根据实验数据得出，基本满足 v 2K p 0.1s s t1s 即满足实验要求，与校正前相比较

5、，后者稳定性明显提高 六六.实验总结与心得体会实验总结与心得体会 本次自动控制课程设计实验,我们从中我们研究了二阶系统的动态 性能和稳态性能，系统的超前校正和状态反馈，而这也是自动控制原理 的重要知识。以上内容大致覆盖了自动控制原理几个主要知识内容， 是课内课程的课外拓展。 可以说， 这一系列的实验帮助我们对信号知识不仅温习了一遍,还是 我们从中得到新的认识。 印证了一句古语“温故而知新， 可以为师 矣”。 同时加深了理论知识的认识和理解， 达到了理论联系实际的效果。 而通过自行设计系统的校正方案,我们加深对自动控制原理的理解, 掌握其分析方法,了解其动态特性和稳态特性,同时,我们也学会了设计实 验的方法和步骤。总而言之，在自动控制实验过程中受益匪浅，不仅巩 固了以前学习过的知识，还学习到了新知识，而且学以致用，将所学知 识转化成了实际应用。 参考资料： 自动控制原理 ，胡寿松 MATLAB 控制系统设计 仿真 应用 ，王丹力 信号与控制综合实验教程熊蕊