自控原理课程设计.doc

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1、HarbinInstituteofTechnology课程设计说明书（论文）课程名称：自动控制原理课程设计设计题目：控制系统的设计与仿真院系：航天学院班级：设计者：学号：指导教师：林玉荣设计时间：2013年3月1日哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学课程设计任务书姓名：院（系）：航天学院专业：自动化班号：任务起至日期：2013年2月25日至2013年3月20日课程设计题目：控制系统的设计与仿真（题号B—12）已知技术参数和设计要求：1、已知控制系统固有传递函数如下：2、性能指标要求：（1）剪切频率（2）相角裕度（3）稳态误差（

2、4）角速度工作量：（1）设计系统，满足性能指标要求。（2）人工设计利用半对数坐标纸手工绘制系统校正前后及校正装置的Bode图，并确定出校正装置的传递函数。验证校正后系统是否满足性能指标要求。（3）计算机辅助设计利用MATLAB语言对系统进行辅助设计、仿真和调试。（4）确定校正装置的电路形式及其参数。（5）撰写设计报告。具体内容包括以下五个部分。1）设计任务书2）设计过程人工设计过程包括计算数据、系统校正前后及校正装置的Bode图（在半对数坐标纸上）、校正装置的传递函数、性能指标验算数据。计算机辅助设计过程包括Simul

3、ink仿真框图、Bode图、阶跃相应曲线、性能指标要求的其他曲线。3）校正装置电路图4)设计结论5)设计后的心得体会工作计划安排：审题，查阅资料1天人工计算，计算机辅助设计5天修改，优化设计3天完成课程设计说明书5天同组设计者及分工：无指导教师签字___________________年月日教研室主任意见：教研室主任签字___________________年月日*注：此任务书由课程设计指导教师填写。目录1、题目要求与分析………………………………………………………………………21.1题目要求……………………………………

4、……………………………………21.2题目分析…………………………………………………………………………22、人工设计………………………………………………………………………………32.1校正方法的选择…………………………………………………………………32.2串联迟后——超前校正…………………………………………………………42.2.1串联迟后校正……………………………………………………………42.2.2串联超前校正……………………………………………………………52.2.3手工绘制Bode图………………………………………………

5、………62.2.4验算………………………………………………………………………83、计算机辅助设计………………………………………………………………………93.1对被控对象仿真…………………………………………………………………93.2对校正以后的系统仿真…………………………………………………………93.3对校正后闭环系统仿真…………………………………………………………94、校正装置电路图………………………………………………………………………124.1串联装置原理图…………………………………………………………………124.2

6、串联迟后环节装置电路…………………………………………………………124.3串联超前环节装置电路…………………………………………………………134.4串联迟后——超前环节装置电路………………………………………………145、设计总结………………………………………………………………………………146、心得体会………………………………………………………………………………151题目要求与分析1.1题目要求1、已知控制系统固有开环传递函数如下：2、性能指标要求：（1）剪切频率（2）相角裕度（3）稳态误差（4）角速度1.2题目分析由

7、系统原开环传递函数可知，该系统为Ｉ型系统，用MALAB绘制原开环传递函数的Bode图，如图1.1：图1.1原开环传递函数Bode图由图1.1知，系统的剪切频率为，不满足设计要求，远低于设计要求，而相角裕度，满足设计要求。而且，从系统的原开环放大倍数可知系统的稳态误差远大于设计要求，综上所述，该系统不满足设计要求，需要加校正环节。2人工设计2.1校正方法的选择系统为I型系统，当输入单位阶跃信号时，稳态误差为零，当输入单位斜坡信号时，系统的稳态误差为，由系统的稳态误差及系统的输入角速度知，,所以得系统的开环放大倍数，取。满

8、足稳态误差要求和串联积分环节数的开环传递函数为。用MATLAB绘制的Bode图，如图2.1：图2.1满足稳态误差要求的Bode图令，得到系统的剪切频率，相角裕度，不满足设计要求。若采用串联超前校正，由串联超前校正的性质可知，串联超前校正在增加系统的相角裕度的同时也会使系统的剪切频率有所增加，当系统的剪切频率远大于设计要求是，会使系