自控原理课时设计讲诉.docx

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1、自动控制原理课程设计摘要在科学技术高速发展的今天，自动化装置已经无所不在，为人类文明进步做出了重要的贡献。自动控制系统的课程设计是检验我们学过知识扎实程度的好机会，也让我们的知识体系更加系统，更加完善。在不断学习新知识的基础上得到了动手能力的训练，启发创新思维及独立解决实际问题的能力，提高设计、装配、调试能力。关键词：控制系统校正，传递函数，相角裕量，穿越频率，MATLAB一、设计题目、设计指标要求单位反馈系统的开环传递函数为G(s)Ks(s1)1、画出未校正系统的Bode图，分析系统是否稳定；2、画出未校正系统的根轨

2、迹图，分析闭环系统是否稳定；3、设计系统的串联校正装置，使系统达到下列指标；（1）在单位斜坡输入下的稳态误差ess1/15；（2）相角裕量450；（3）幅频特性曲线中穿越频率c7.5(/)。rads4、给出校正装置的传递函数；5、分别画出校正前、校正后和校正装置的幅频特性图。计算校正后系统的穿越频率、相较裕量、相角穿越频率和增益裕量；6、分别画出校正前、后的开环系统的奈奎斯特图，并进行分析；7、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响（自由发挥）。画图部分均用MATLAB完成，写上程序，附上仿真图。二、设计目的（1）、通

3、过课程设计进一步掌握自动控制原理课程的有关知识，加深对所学内容的理解，提高解决实际问题的能力。（2）理解相角裕度，稳态误差，穿越频率等参数的含义。（3）学习MATLAB在自动控制中的应用，会利用MATLAB提供的函数求出所需得到的实验结果。（4）从总体上把握对系统进行校正的思路，能够将理论运用于实际。三、设计步骤1）从已知系统得知：绘制Bode图要先求得开环增益K,通过给定的稳态误差可求得开环增益，再编写程序，用MATLAB绘制出Bode图；根据已知ess1/15可以求得k的范围，给出的开环传递函数有一个积分环节，所以是

4、Ⅰ型系统,：kvskklimsG(s)H(s)s0s(s1)ess1/1，5ess1因为，kv所以K＜15。用算出的k值绘制Bode图：校正前：图（1）未校正系统开环函数波德图2）将已知开环传递函数标准化，再编写程序，用MATLAB绘制出未校正系统的根轨迹图；已知开环传递函数为G(s)k，可以求得s*(s1)开环函数的两个极点：P10，P21；开环无零点；根据绘制根轨迹的规则的顺序求根轨迹有关参数。（1）开环传递函数有两个极点，故有两条根轨迹。（2）确定实轴上的根轨迹：在实轴上（-1，-1）和（-1,0）之间为根轨迹段。

5、22（3）根轨迹起点：两个开环极点上。根轨迹终点：两条根轨迹均终止于无穷远处。（4）根轨迹渐近线：nmpizij1i1anm0(1)0=021=-2(2k1)anm=(2k1)2取k0,a23k1,a2k2,a（5）根轨迹的分离点：211110j1spjss12s101s2（6）根轨迹起始角：因为开环没有共轭复数极点，所以不需要算根轨迹起始角。（7）由于渐近线与根轨迹重合，所以根轨迹与虚轴没有交点。由以上可以绘制出根轨迹图：未校正前：根据以上程序绘制出根轨迹图：图（2）根轨迹图该开环系统共有2个极点和0个零点，因此次渐

6、近线与实轴的夹角为±90°根轨迹与虚轴没有交点，处于临界稳定状态。3）通过上面的计算以及图像分析，得出需要校正装置的参数，以达到指标要求；根据第一问的Bode图，可以得出相角裕量和增益裕量为0°和-180°，说明档k15时，系统存在临界稳定，不能满足相角小于45°的要求。=k的波德图图（3）函数Gss(s1)确定满足相对稳定度所需追加的相角超前量，并由此估算出要求的m值。未达到相角裕量要求，需增加的超前相角为600150450应当注意，超前校正装置不仅改变了波德图中相角曲线，也改变了幅值曲线。为此，相位超前校正装置产生的

7、最大超前相角为m5500根据需要提供的m确定值。1sin5007.51sin500根据所求出的只计算T将值带入1，求得超前校正装置相角达到最大值时的频率为wmTwm117.5T2.7*T这时，超前校正装置的幅值为1jwmT7.52.7Gc(jwm)jwmT120lgGc(jwm)20lg1jwmT10lg10*0.888.81jwmT计算结果表明，在wwm时，超前校正装置使系统的幅值增加了8.8dB。为了取得明显的相角效果，选取校正后系统新的增益交界频率wc'wm。由图（4）中的数幅值曲线查的原系统幅值L(w)8.8dB

8、时的频率为wc6rad/s。因此得wm167.5*TT0.06s由所求的、T带入Gc(s)1*1Ts，得超前校正装置传递函数：1TsGc(s)1*17.5*0.06s7.510.06s为补偿超前校正装置造成的幅值衰减，将放大器放大系数增加为原来的7.5倍4）根据校正的参数确定校正装置的传递函数；校正装置的传递函数为：