自控课程设计报告--控制系统的设计与校正

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1、 课程设计报告 题 目 控制系统的设计与校正 课 程 名 称 自动控制原理课程设计 院 部 名 称 机电工程学院 专 业 电气工程及其自动化 班 级 10 电气(1) 学 生 姓 名 学 号 课程设计地点 课程设计学时 指 导 教 师 成绩 2 目录 一、设计目的.3 二、设计任务与要求.3 三、设计方案.4 四、校正函数的设计.4 4.1、校正前系统特性4 4.2、利用 MATLAB 语言计算出超前校正器的传递函数6 4.3 校验系统校正后系统是否满足题目要求7 五、函数特征根的计算8 5.1 校正前8 5.2 校正后9 六、系统动态性能分析10 6.1 校正前单位阶跃响应.10 6.2 校

2、正前单位脉冲响应11 6.3 校正前单位斜坡信号.14 七、校正后动态性能分析.14 7.1 校正后单位阶跃响应.15 7.2 校正后单位冲击响应.15 7.3 校正后单位斜坡响应.16 八、系统的根轨迹分析 17 8.1、校正前根轨迹分析17 8.2、校正后根轨迹分析19 九、系统的奈奎斯特曲线分析21 9.1 校正前奈奎斯特曲线分析21 9.2 校正后奈奎斯特曲线分析.22 设计小结23 参考文献24 3 1.设计目的设计目的 1）掌握自动控制原理的时域分析法，根轨迹法，频域分析 法，以及各种补偿（校正）装置的作用及用法，能够利用不 同的分析法对给定系统进行性能分析，能根据不同的系统性 能

3、指标要求进行合理的系统设计，并调试满足系统的指标。 2）学会使用 MATLAB 语言及 Simulink 动态仿真工具进行系 统仿真与调试。 2.2.设计任务与要求设计任务与要求 已知单位负反馈系统的开环传递函数 0 K G (S) S(0.1S1)(0.001S1) ， 试用频率法设计串联超前校正装置，使系统的相位裕度 0 45，静态速度误差系数 1 v K1000s 1）首先， 根据给定的性能指标选择合适的校正方式对原系 统进行校正，使其满足工作要求。要求程序执行的结果中有 校正装置传递函数和校正后系统开环传递函数，校正装置的 参数 T，等的值。 2)利用 MATLAB 函数求出校正前与校

4、正后系统的特征根， 并 判断其系统是否稳定，为什么? 3)利用 MATLAB 作出系统校正前与校正后的单位脉冲响应 曲线，单位阶跃响应曲线，单位斜坡响应曲线，分析这三种 曲线的关系？求出系统校正前与校正后的动态性能指标 %、tr、tp、ts 以及稳态误差的值，并分析其有何变化？ 4 4)绘制系统校正前与校正后的根轨迹图，并求其分离点、汇 合点及与虚轴交点的坐标和相应点的增益K 值，得出系统稳 定时增益K 的变化范围。 绘制系统校正前与校正后的 Nyquist 图，判断系统的稳定性，并说明理由？ 5)绘制系统校正前与校正后的 Bode 图，计算系统的幅值裕 量，相位裕量，幅值穿越频率和相位穿越频率。判断系统的 稳定性，并说明理由？ 3 3 设计方案设计方案 串联超前校正装置的传递函数为 1 ( )(0) 1 Ts G c s Ts 1 根据对稳态误差的要求确定开环增益。 2 按已确定的 K，绘制未校正系统的伯德图，并计算相角 裕度 0 。 3 确定需要补偿的相位超前角 0 m （ 5 10 ）。 4 利用 Matlab 语言计算出超