《自動(dòng)控制原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告.doc》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《自動(dòng)控制原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告.doc（17頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)趨R文網(wǎng)上搜索。

1、1、 設(shè)計(jì)內(nèi)容 開環(huán)傳遞函數(shù):,對(duì)傳遞函數(shù)進(jìn)行分析，包括時(shí)域、頻域、根軌跡分析。要求校正后系統(tǒng)的性能指標(biāo)為: ,2、 設(shè)計(jì)要求分析函數(shù)，說(shuō)明校正的設(shè)計(jì)思路（超前校正,滯后校正或滯后超前校正；），詳細(xì)設(shè)計(jì)（包括的圖形有:校正前系統(tǒng)的Bode圖，校正后系統(tǒng)的Bode圖；)，用MATLAB編程代碼及運(yùn)行結(jié)果（包括圖形、運(yùn)算結(jié)果；),校正前后系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)圖。3、 校正前系統(tǒng)分析 3。1時(shí)域指標(biāo)的計(jì)算與MATLAB分析 3。1.1由得出,系統(tǒng)型別v=1，K=20。 3。1.2將開環(huán)傳遞函數(shù)求出閉環(huán)傳遞函數(shù): 系統(tǒng)為為單位負(fù)反饋系統(tǒng)，得出： 自然振蕩頻率 n=4。47 rad/s，阻尼角=4.17，

2、阻尼比 =0。11, 衰減系數(shù) =0.49，振蕩頻率 d=4.42 3。1.3時(shí)域性能指標(biāo)：由公式得 超調(diào)量 %=49，峰值時(shí)間 tp=/d=0.70S 調(diào)節(jié)時(shí)間 ts=9。81S（=0。02） 上升時(shí)間 tr=/ d=0。25S 3。1。4MATLAB分析： 輸入為單位階躍響應(yīng)， MATLAB程序參看附錄； MATLAB圖如下： 圖31 單位階躍響應(yīng)及其動(dòng)態(tài)性能指標(biāo) 3。1.5動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)：超調(diào)量：%=75 ，調(diào)節(jié)時(shí)間：ts=9.34S (=0.02）上升時(shí)間：tr=0。251S （取由穩(wěn)態(tài)值的10%到90)，峰值時(shí)間:tp=0.703s 3.1。6MATLAB分析得出：通常由上升時(shí)間或峰值

3、時(shí)間來(lái)評(píng)價(jià)系統(tǒng)的響應(yīng)速度；用超調(diào)量來(lái)評(píng)價(jià)系統(tǒng)的阻尼程度;而調(diào)節(jié)時(shí)間是同時(shí)反映響應(yīng)速度和阻尼程度的綜合性能指標(biāo)。系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線為衰減振蕩曲線，最后趨于穩(wěn)定。2圖31 單位階躍響應(yīng)及其動(dòng)態(tài)性能指標(biāo) 圖3-2 穩(wěn)態(tài)值的10到903。2根軌跡穩(wěn)定分析 3.2.1根軌跡分析:由開環(huán)傳遞函數(shù)得出 有三個(gè)極點(diǎn)，分別為：s=100，-1,0 極點(diǎn)數(shù)N=3，零點(diǎn)數(shù)M=0 S=100為非主導(dǎo)極點(diǎn)(舍去)，s=1和s=0為主導(dǎo)極點(diǎn)，無(wú)零點(diǎn)。 在(,100)，（1,0）區(qū)域?yàn)閷?shí)軸上的根軌跡，s的最高次冪為3，,則根軌跡有三條分支. 根軌跡漸近線： 夾角 =90, 交點(diǎn)：為（-0。5，0） 分離點(diǎn)與會(huì)合點(diǎn)：（-

4、0.5，0），無(wú)會(huì)合點(diǎn)。 根軌跡與虛軸的交點(diǎn)：利用勞斯判據(jù)進(jìn)行計(jì)算， 臨界開環(huán)增益K=100， 將K值代入構(gòu)造的輔助方程，得出與虛軸交點(diǎn)S=10j3。2。2MATLAB分析： MATLAB程序參看附錄 MATLAB圖：如圖3-3 系統(tǒng)的根軌跡圖 臨界增益為100,與虛軸的交點(diǎn)為10j圖3-3 系統(tǒng)的根軌跡圖 由MATLAB圖分析得出,根軌跡可以在已知開環(huán)零極點(diǎn)的情況下，繪制出閉環(huán)特 征方程的根在S平面上隨系統(tǒng)參數(shù)變化的運(yùn)動(dòng)軌跡。3。3頻域指標(biāo)的計(jì)算與MATLAB分析 3。3.1頻域指標(biāo)的計(jì)算：由開環(huán)傳遞函數(shù)求（取K=20) 令A(yù)（c)=1得出 截止頻率c=4.47 rad/s 相位裕量 =18

5、0+(c） 解得 =12.6 由（x）=180得出x=9.73rad/s 由 h=1/A(x) 得出幅值裕量為4。44 3。3.2MATLAB分析： MATLAB程序參看附錄； MATLAB圖：如圖 圖 3-4 系統(tǒng)開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性圖 3-4 系統(tǒng)開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性 由圖34得出截止頻率為4。41rad/s，穿越頻率為4.41rad/s 相角裕量為 10，幅值裕量為 5。0514。1 開環(huán)傳遞函數(shù)可以通過(guò)Bode圖進(jìn)行分析來(lái)判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定裕量，在穿越頻率處,若相角裕量未穿越180線，則穩(wěn)定；在相頻曲線穿越180線的穿越頻率處，幅頻為負(fù)值,則系統(tǒng)穩(wěn)定;穩(wěn)定裕度可以通過(guò)鼠標(biāo)在圖中獲取。4、 校正方案

6、的選擇、比較與確定 4.1由以上分析得出,相位余量小于45度，K值由給定誤差計(jì)算得出為20，故選用超前校正較為合適。 4.2超前校正：一般將其設(shè)置在中頻段，實(shí)質(zhì)是利用超前裝置高頻幅頻抬高的特點(diǎn),增大系統(tǒng)截止頻率，改善快速性；利用能為系統(tǒng)提供正相移的特點(diǎn)，使系統(tǒng)的相位裕量增大，提高相對(duì)穩(wěn)定性.5、 校正裝置的設(shè)計(jì) 5。1參數(shù)計(jì)算 5。1。1由校正前的計(jì)算得出：由開環(huán)傳遞函數(shù)求（取K=20） 令A(yù)(c）=1得出 截止頻率c=4.47 rad/s 相位裕量 =180+（c） 解得 =12。6 由(x）=-180得出x=9.73rad/s 由 h=1/A(x） 得出幅值裕量為4.44 相位裕量為10，

7、小于系統(tǒng)要求的指標(biāo)。 5。1。2設(shè)計(jì)校正裝置: 確定校正裝置m在c處的需要提供的最大相角m：m=+ ，取7，m=42得出 =5.18，根據(jù)校正原則，在原系統(tǒng)中找出幅值為-10的點(diǎn)，則該點(diǎn)頻率為c在按照公式求出T=0。0665.2校正裝置的選擇 校正裝置的傳遞函數(shù)如下所示,將校正后的傳遞函數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)，相位裕量滿足要求。6、 校正后系統(tǒng)分析 6.1 時(shí)域性能指標(biāo)計(jì)算與MATLAB分析 6。1。1時(shí)域性能指標(biāo)計(jì)算： 由公式得 超調(diào)量 =23%,峰值時(shí)間 tp=/d=0。39S 調(diào)節(jié)時(shí)間 ts=0。66S（=0.02） 上升時(shí)間 tr=-/ d=0.151S 6.1.2MATLAB分析： MATLAB

8、程序參看附錄; MATLAB圖見圖 61 單位階躍響應(yīng)及其動(dòng)態(tài)性能指標(biāo) 超調(diào)量 %=23,峰值時(shí)間 tp=/d=0.39S 調(diào)節(jié)時(shí)間 ts=0.66S（=0。02） 上升時(shí)間 tr=/ d=0.151S （取由穩(wěn)態(tài)值的10到90） 由圖中可以看出振蕩變化不明顯，且系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。 圖6-1 穩(wěn)態(tài)值的10%到90% 圖 62 單位階躍響應(yīng)及其動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)6.2 根軌跡穩(wěn)定性分析 6.2。1根軌跡分析：由開環(huán)傳遞函數(shù)得出 有四個(gè)極點(diǎn),分別為：s=-100，-15。2，-1，0 極點(diǎn)數(shù)N=，4， 有一個(gè)零點(diǎn)，Z=2。85零點(diǎn)數(shù)M=1 S=100為非主導(dǎo)極點(diǎn)(舍去）（，-100）,（-15.2，2.85

9、），(-1,0）區(qū)域?yàn)閷?shí)軸上的根軌跡，s的最高次冪為4，則根軌跡有四條分支. 分離點(diǎn)與會(huì)合點(diǎn)：(0。48，0），無(wú)會(huì)合點(diǎn)。 根軌跡與虛軸的交點(diǎn):利用勞斯判據(jù)進(jìn)行計(jì)算， 臨界開環(huán)增益K=14， 將K值代入構(gòu)造的輔助方程,得出與虛軸交點(diǎn)S=34。4j 6。2。2MATLAB分析： MATALAB程序參看附錄； MATLAB圖見63 系統(tǒng)的根軌跡圖 臨界增益為14，與虛軸的交點(diǎn)為S=35j 系統(tǒng)在s的左半平面穩(wěn)定。圖6-3 系統(tǒng)的根軌跡圖6。3 頻域指標(biāo)的計(jì)算與MATLAB分析 6。3。1頻域指標(biāo)的計(jì)算：由開環(huán)傳遞函數(shù)求（取K=20） 令A(yù)(c)=1得出 截止頻率c=6.45 rad/s 相位裕量

10、=180+(c） 解得 =46。2 由（x）=-180得出截止頻率 x=34。1rad/s 由 h=1/A(x) 得出幅值裕量為13。2 6.3.2MATLAB分析： MATLAB程序參看附錄； MATLAB圖如圖6-4 系統(tǒng)開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性 相位裕量 =47。2截止頻率c =6。73rad/s，穿越頻率 x=36rad/s幅值裕量為14.35圖6-4 系統(tǒng)開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性7、 前后系統(tǒng)性能指標(biāo)的比較與分析 7.1 動(dòng)態(tài)指標(biāo)上升時(shí)間：由0.251減小到0。16，超調(diào)量：由75%減小到26，峰值時(shí)間：由0.702減小到0.427,調(diào)節(jié)時(shí)間：由9.40減小到0.842，MATLAB圖如圖7-1校正

11、前后響應(yīng)曲線對(duì)比圖圖71 校正前后響應(yīng)曲線對(duì)比圖圖72 校正前后頻域?qū)Ρ葓D7.2 靜態(tài)指標(biāo) K值無(wú)變化,穩(wěn)態(tài)誤差無(wú)改變。7.3 小結(jié) 穩(wěn)定裕量提高，相對(duì)穩(wěn)定性提高；截止頻率增大,快速性提高；系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)改變，且調(diào)節(jié)時(shí)間、峰值時(shí)間與超調(diào)量均減小，快速性提高，由原來(lái)的多重衰減振蕩經(jīng)過(guò)校正后振蕩不明顯，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能得到了改善. 8、設(shè)計(jì)總結(jié) 在這次的課程設(shè)計(jì)之前，對(duì)于自控控制原理的相關(guān)知識(shí)，我們重新翻看好幾遍以前的書本。在校正設(shè)計(jì)時(shí)候，在試取值時(shí)需要對(duì)校正原理較好的理解才能取出合適的參數(shù)，期間我們也不是一次就成功,選了幾次才選出比較合適的參數(shù)。這種不斷嘗試的經(jīng)歷讓我們養(yǎng)成一種不斷探索的科學(xué)研究

12、精神,我想對(duì)于將來(lái)想從事技術(shù)行業(yè)的學(xué)生這是很重要的. 每一次課程設(shè)計(jì)都會(huì)學(xué)到不少東西,這次當(dāng)然也不例外.不但對(duì)自動(dòng)原理的知識(shí)鞏固了，也加深了對(duì)MATLAB這個(gè)強(qiáng)大軟件的學(xué)習(xí)和使用。 同時(shí)，通過(guò)這次期末的課程設(shè)計(jì)，使我認(rèn)識(shí)到自己這學(xué)期對(duì)這門課程的學(xué)習(xí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還沒有較好地將書本中的知識(shí)較好地融合，這為我在以后的學(xué)習(xí)中敲了一記警鐘。參 考 文 獻(xiàn)1 劉超，高雙，自動(dòng)控制原理的MATLAB仿真與實(shí)踐M。北京:機(jī)械工業(yè)出版社2 潘豐,徐穎秦,自動(dòng)控制原理M。北京。機(jī)械工業(yè)出版社，2015附錄 本次課程設(shè)計(jì)所有MATLAB程序 時(shí)域指標(biāo)程序clear;Gs=tf（20,conv（1,1,0，0.01,1);G=feedback（Gs,1,1);step(G） 根軌跡程序clear;Gs=tf（1，conv(1，1,0，0.01，1)Transfer function: 20-0。01 s3 + 1.01 s2 + s + 20rlocus(Gs） 頻域指標(biāo)程序Gs=tf（20，conv（1，1,0，0。01,1）)；margin(Gs）;Gm，Pm，Wcg，Wcp=margin（Gs)Gm =5.0500Pm =10。2363Wcg =10.0000Wcp =4.4144 時(shí)域指標(biāo)程序clear;Gs=tf（20，conv（1,1，0，0.01,1）；Gc=tf（0.342,1，