自控课程设计.doc

课程设计报告书


题目: 自动控制原理课程设计

学生姓名龚成亚指导教师陈丽换
二级学院机电工程学院专业 07电气工程及其自动化
班级 07电气(1)班学号 0704110638

金陵科技学院
《自动控制原理》课程设计任务书
课程序号 32 课程编号04184500
实践序号 10 设计名称自动控制原理课程设计
适用年级、专业 07自动化时间 1 周
设计目的:
了解控制系统设计的一般方法、步骤。
掌握对系统进行稳定性分析、稳态误差分析以及动态特性分析的方法。
掌握利用MATLAB对控制理论内容进行分析和研究的技能。
提高分析问题解决问题的能力。
设计内容与要求:
设计内容:
1、阅读有关资料。
2、对系统进行稳定性分析、稳态误差分析以及动态特性分析。
3、绘制根轨迹图、Bode图、Nyquist图。
4、设计校正系统,满足工作要求。
设计条件:
已知单位负反馈系统被控制对象的传递函数为
()。
2、参数和因小组而异。
设计要求:
1、能用MATLAB解复杂的自动控制理论题目。
    2、能用MATLAB设计控制系统以满足具体的性能指标。
    3、能灵活应用MATLAB的CONTROL SYSTEM 工具箱和SIMULINK仿真软件,分析系统的性能。
设计方法,步骤,时间分配
1、自学MATLAB软件的基本知识。包括MATLAB的基本操作命令、控制系统工具箱的用法等,并上机实验。 1天
2、基于MATLAB用频率法对系统进行串联校正设计,使其满足给定的频域性能指标。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。 1天
3、利用MATLAB函数求出校正前与校正后系统的特征根,并判断其系统是否稳定,为什么?
4、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, ,,以及稳态误差的值,并分析其有何变化?

5、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值,得出系统稳定时增益的变化范围。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?
6、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?
7、整理资料,撰写设计报告,准备答辩。
8、课程设计答辩。
成绩考核方法及标准
1、评判设计报告 50%
2、答辩成绩 30%
3、设计期间表现 20%
4、评分标准按本校教务处有关规定执行。
设计主要参考资料
1、《自动控制原理》教材程鹏主编机械工业出版社
2、《机电控制工程》王积伟主编机械工业出版社
3、《自动控制理论与设计》徐薇莉等主编上海交通大学出版社
4、《MATLAB控制系统设计》欧阳黎明主编国防工业出版社
制订人:陈丽换(制定日期2010年2月) 审定人: 朱一纶(审定日期 2010年2月):
一:设计条件
试用频率法设计串联超前——滞后校正装置
输入速度为时,稳态误差不大于。(2)相角裕度不小于,截止频率为。(3)放大器的增益不变。
二:设计步骤
1:设计串联校正超前——滞后装置
因为系统的传递函数是典型环节的乘积形式,所以将传递函数化成表达式为G(s)=126/(s*(+1)*(+1))用MATLAB写出传递函数,指令代码如下所示:
>> z=[];
>> p=[0,-10,-60];
>> k=126*10*60;
>> s1=zpk(z,p,k);

Zero/pole/gain:
75600
---------------
s (s+10) (s+60)
用MATLAB画出校正前的系统的Bode图

>> bode(s1)
>> grid on
>> title('系统校正前的Bode图')
图1
由图可以查出未校正前的剪切频率wco,wco=;
相角裕量γ=180-90-arctan(wco/10)-arctan(wco/60)=-
表明未校正系统不稳定。
未设计串联校正装置,先确定系统的开环对数幅频特性。首先按给定的要求选择期望特性的剪切频率为wc=20,然后过wc处作一条-20db/dec的直线作为期望特性的中频段。
为了使校正后系统的开环增益不低于126,期望特性的低频段应与未校正系统特性的低频段应与未校正系统特性一致,为此,需在期望特性的中频