自动控制原理课程设计Word格式文档下载.docx
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设
计
内
容
与
要
求
一．设计内容：
已知过程控制系统的被控广义对象的传递函数
，用Bode图超前校正方法进行校正设计，使校正后系统满足阶跃响应超调量及调节时间满足要求：
即超调量
30%,调节时间
15s。
二．设计要求：
（1）绘制原系统的Bode图，并计算出原系统的幅值裕量及相角裕量；
（2）选择校正方式，进行校正装置的设计，得到相应的校正装置参数；
（3）编程绘制校正后系统的Bode图，并计算出校正后系统的幅值裕量和相角裕量；
（4）整理设计结果，提交设计报告；
起止时间
2011年12月26日至2011年12月31日
指导教师签名
年月日
系（教研室）主任签名
学生签名
2.设计内容及思想：
2.1内容：
已知过程控制系统的被控广义对象的传递函数
2.2思想：
在控制系统中，校正方式有多种，恩提要求用超前校正，并不代表只能用该方法，在设计中，遵循校正方法，利用MATLAB编写程序即可完成校正。
3.编制的程序：
3.1运用MATLAB编程：
频域法校正：
编制程序绘制校正前的Bode图和阶跃响应曲线：
K=1;
n1=1;
d1=conv（conv（[51],[21]）,[101]）;
%对传递函数输入描述
s1=tf（K*n1,d1）;
figure
（1）;
margin（s1）;
holdon%绘制得到Bode图figure
（2）;
sys=feedback（s1,1）;
step（sys）%绘制得到阶跃响应曲线
得如下阶跃响应曲线图2-1和Bode图2-2.
图2-1阶跃响应曲线
图2-2Bode图
由Bode图和阶跃响应曲线知：
超调量
7%，峰值时间
，调节时间（5%误差带）
。
分析可知：
满足要求；
，不满足要求，因此，要满足条件需要校正。
1）.在满足条件（假设）的系统动态性能计算：
①
%=0.16+0.4（Mr-1）
SymsMrsigma;
%定义Mr
Mr=solve（'
0.16+0.4*（Mr-1）=0.3'
）;
%Mr计算式
Mr=vpa（Mr,3）%求取Mr值
语句执行结果
Mr=1.35
即Mr
1.35，取Mr=1.3
2因Mr=1/sinr，则有
symsMrgamma%定义gamma
gamma=solve（'
1.3=1/sin（gamma）'
%gamma计算式
gamma=vpa（gamma*180/pi,3）%gamma值
gamma=50.2
即r=50.2
3要求
15s，即
=
/
15s
取Mr=1.3时，有
symstsomegacMr%定义omegactsMr
Mr=1.3;
ts=15;
omegac=pi*（2+1.5*（Mr-1）+2.5*（Mr-1）^2）/ts
程序运行结果
omegac=
0.5603
即选取校正后Wc=0.6rad/s
2）.求取超前校正传递函数：
设
，则由：
r1=50.2;
r=-180;
b=0.2;
Wc=0.6;
%定义变量和常量
p=r1-r-b;
%求取中间变量
a=（1-sin（p））/（1+sin（p））;
%求取a
T=1/（Wc*sqrt（a））%求取T
S=a*T%求取S
T=0.8124
S=3.4194
可以得到，所求的传递函数：
第二步即求取校正后Bode图和阶跃响应曲线：
%对初始输入函数进行描述
%
n2=[0.81241];
d2=[3.41941];
%对求取的校正传递函数描述
s2=tf（n1,d2）;
sys=s1*s2;
%获得校正传递函数
margin（sys）;
holdon%得阶跃响应曲线
figure
（2）;
sys=feedback（sys,1）;
step（sys）%得Bode图
得如下阶跃响应曲线图2-3和Bode图2-4：
图2-3校正后阶跃响应曲线
图2-4校正后Bode图
从图中可得：
超调量：
15.2%，调节时间（5%误差带）：
综上分析：
调节时间仍不满足题目要求，因此本题采用频域校正法不能达到预期目的，应尝试其他解题方法，下面尝试根轨迹法。
根轨迹法校正:
k=1;
n=1;
d=conv（conv（[51],[2,1]）,[10,1]）;
%输入传递函数参数
g=tf（k*n,d）;
sisotool（g）
得如下图：
分别是根轨迹图2-5、Bode图2-6、阶跃响应曲线2-7。
图2-5根轨迹图2-6Bode图
图2-7阶跃响应曲线
由图可以知道：
幅值稳定欲度h=28.3dB；
-
穿越频率：
0.829rad/s；
相角稳定欲度：
=-180deg剪切频率：
0rad/s
超调量
0%，调节时间（5%误差带）
30%,
15s,满足要求。
4.结论：
该系统通过超前校正无法实现校正装置要求，但通过根轨迹法可以实现，使输出的阶跃响应曲线实现超调量
5.设计总结：
本次设计最初思想是按照题目要求的，用频域法进行校正，结果证明，此法不通，而用根轨迹方法的思想可以快速实现校正，这说明，本例缺少一定的条件使得频域法无法实现，间接说明，根轨迹法和频域法一定条件下可以弥补对方的不足。
同时，告诉我，在设计中要把握传递函数的特性，对传递函数的动态性能指标要准确计算和描述。
实验中应用的MATLAB技术，对绘制Bode图和阶跃响应曲线确实是很方便。
设计中定要牢牢把握设计思想与方法才能很快得到较为正确的结果。
参考文献
[1].薛朝妹，霍爱清，《自动控制理论》课程设计指导书，西安：
西安石油大学电子工程学院，2007年.
[2].瞿亮，基于的控制系统计算机仿真，北京：
清华大学出版社，2006年.
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