cad实验报告三.docx
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cad实验报告三
昆明理工大学信息工程与自动化学院学生实验报告
（——学年第学期）
课程名称:
开课实验室：
年月日
年级、专业、班
学号
姓名
成绩
实验项目名称
实验三控制系统校正及PID控制器设计
指导教师
教师评语
该同学是否熟悉实验内容：
A.熟悉□B.比较熟悉□C.不熟悉□
该同学的实验能力：
A.强□B.中等□C.差□
该同学的实验是否达到要求：
A.达到□B.基本达到□C.未达到□
实验报告是否规范：
A.规范□B.基本规范□C.不规范□
实验过程是否详细记录：
A.详细□B.一般□C.没有□
注：
5个A为优，5个B为中，介于二者间为良，5个C为不及格，3个Ｂ以上为及格。
教师签名：
年月日
实验三控制系统校正及PID控制器设计
一、实验目的
控制系统校正（频率法）；
PID控制器设计。
二、实验内容
1.设一单位负反馈控制系统，如果控制对象的传递函数为：
试设计一个串联超前校正装置。
要求：
相角裕度≥45。
；当系统的输入信号是单位斜坡信号时，稳态误差ess≤0.04；取C=1μF时，确定该串联超前校正装置的元件数据；绘制出校正后系统和未校正系统的bode图及其闭环系统的单位阶跃响应曲线，并进行对比。
校正前:
>>num=8000;den=conv（[1,0],conv（[1,4],[1,80]））;
G=tf（num,den）;margin（G）
校正后：
>>num=8000;den=conv（[1,0],conv（[1,4],[1,80]））;
G=tf（num,den）;,margin（G）
gamma_cas=57;delta=14
gamma_1=gamma_cas+delta;
w=0.01:
0.01:
1000;
[mag,phase]=bode（G,w）;
n=find（180+phase-（gamma_1）<=0.1）;
wgamma_1=n
（1）/100;
[mag,phase]=bode（G,wgamma_1）;
rr=-20*log10（mag）;beta=10^（rr/20）;
w2=wgamma_1/10;w1=beta*w2;
numc=[1/w2,1];denc=[1/w1,1];
Gc=tf（numc,denc）
GcG=Gc*G
bode（G,GcG）,figure
（2）,margin（GcG）,beta
sys=feedback（Gc*G,1）
figure（3）,step（sys）
delta=
14
Transferfunction:
7.692s+1
-----------
140.7s+1
Transferfunction:
6.154e004s+8000
------------------------------------------------
140.7s^4+1.182e004s^3+4.51e004s^2+320s
beta=
0.0547
Transferfunction:
6.154e004s+8000
-------------------------------------------------------------
140.7s^4+1.182e004s^3+4.51e004s^2+6.186e004s+8
2.设一单位负反馈控制系统，其控制对象的传递函数为：
试设计一个串联滞后校正装置。
要求：
超调量≤12%；当系统的输入信号是单位斜坡信号时，稳态误差ess≤0.04；取C=100μF时，确定该串联滞后校正装置的元件数据；绘制出校正后系统和未校正系统的bode图及其闭环系统的单位阶跃响应曲线，并进行对比。
>>G=tf（num,den）;,margin（G）
gamma_cas=57;delta=9
gamma_1=gamma_cas+delta;
w=0.01:
0.01:
1000;
[mag,phase]=bode（G,w）;
n=find（180+phase-（gamma_1）<=0.1）;
wgamma_1=n
（1）/100;
[mag,phase]=bode（G,wgamma_1）;
rr=-20*log10（mag）;beta=10^（rr/20）;
w2=wgamma_1/10;w1=beta*w2;
numc=[1/w2,1];denc=[1/w1,1];
Gc=tf（numc,denc）
GcG=Gc*G
bode（G,GcG）,figure
（2）,margin（GcG）,beta
sys=feedback（Gc*G,1）
figure（3）,step（sys）
delta=
9
Transferfunction:
5.952s+1
-----------
81.65s+1
Transferfunction:
4.762e004s+8000
--------------------------------------------
81.65s^4+6859s^3+2.621e004s^2+320s
beta=
0.0729
Transferfunction:
4.762e004s+8000
---------------------------------------------------------
81.65s^4+6859s^3+2.621e004s^2+4.794e004s+8000
3.设一单位负反馈控制系统，其控制对象的传递函数为：
试设计一个串联超前—滞后校正装置。
要求：
相角裕度≥45。
；当系统的是输入信号是单位斜坡信号时，稳态误差ess≤0.04；要求校正后的系统和未校正的系统在高频段的bode图曲线的形状要基本一致；绘制出校正后系统和未校正系统的bode图及其闭环系统的单位阶跃响应曲线，并进行对比。
>>num=110;den=conv（[1,0],[1,4]）;
G=tf（num,den）;
figure
（1）,margin（G）;
num=113;den=conv（[1,0],[1,4]）;
G=tf（num,den）;
[h,gamma,wg,wc]=margin（G）;h=20*log10（h）;
w=0.001:
0.001:
100;
[mag,phase]=bode（G,w）;
disp（'未校正系统的参数：
h,wc,γ'）;
[h,wc,gamma],
gamma1=45;delta=11
phim=gamma1-gamma+delta;
alpha=（1+sin（phim*pi/180））/（1-sin（phim*pi/180））;
magdb=20*log10（mag）;
n=find（magdb+10*log10（alpha）<=0.0001）;
wc=n
（1）;wcc=wc/1000;
w3=wcc/sqrt（alpha）;w4=sqrt（alpha）*wcc;
numc1=[1/w3,1];denc1=[1/w4,1];
Gc1=tf（numc1,denc1）;
w1=wcc/10;w2=w1/alpha;
numc2=[1/w1,1];denc2=[1/w2,1];
Gc2=tf（numc2,denc2）;
Gc12=Gc1*Gc2;
GcG=Gc12*G;
[Gmc,Pmc,wcgc,wcpc]=margin（GcG）;
GmcdB=20*log10（Gmc）;
disp（'超前校正部分的传递函数'）,Gc1,
disp（'滞后校正部分的传递函数'）,Gc2,
disp（'串联超前-滞后校正网络的传递函数'）,Gc12,
disp（'校正后系统的开环传递函数'）,GcG,
disp（'校正后系统的性能参数：
h,wc,γ及α值'）,[GmcdB,wcpc,Pmc,alpha],
figure
（2）,bode（G,GcG）
sys=feedback（Gc12*G,1）
figure（3）,step（sys）
未校正系统的参数：
h,wc,γ
ans=
Inf10.260621.2978
delta=
11
超前校正部分的传递函数
Transferfunction:
0.1324s+1
-------------
0.03634s+1
滞后校正部分的传递函数
Transferfunction:
0.6936s+1
------------
2.527s+1
串联超前-滞后校正网络的传递函数
Transferfunction:
0.09184s^2+0.826s+1
-------------------------
0.09184s^2+2.564s+1
校正后系统的开环传递函数
Transferfunction:
10.38s^2+93.34s+113
-----------------------------------------
0.09184s^4+2.931s^3+11.25s^2+4s
校正后系统的性能参数：
h,wc,γ及α值
ans=
Inf5.644550.18683.6437
Transferfunction:
10.38s^2+93.34s+113
---------------------------------------------------
0.09184s^4+2.931s^3+21.63s^2+97.34s+113
4.设有一单位负反馈控制系统，其控制对象的传递函数为：
试用Ziegler-Nichols整定法设计一个PID控制器（确定KP、Ti、Td的值），要求单位阶跃响应中的超调量σ%≤25%。
如果有必要就对参数KP、Ti、Td进行精细调整，并绘制出系统的单位阶跃响应曲线。
要求在实验过程中认真仔细，反复地调整参数，不断地尝试，尤其对参数KP、Ti、Td进行精细调整，以满足系统的要求。
同时采用COHEN--COON整定方法对其进行PID参数的整定，最后比较这两种方法。
三、实验要求
1.预习
利用所学知识，编写实验内容中1到4的相应程序，并写在预习报告上。
2.上机实验
上机调试完成实验内容1到4，记录实验结果，并与预习报告相比较。
3.撰写实验报告
四，实验心得
本次实验我觉得比较难，我做了很长时间才做出来。
同时再次觉得了软件的强大，以后一定要好好学习这款软件，我相信它在以后的学习工作中给我很大的帮助。
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