自控课程设计报告文档格式.docx
《自控课程设计报告文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自控课程设计报告文档格式.docx（24页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
包括MATLAB的基本操作命令、数据结构、矩阵运算、编程算法等;
简要介绍MATLAB的控制系统工具箱的用法。
包括控制系统的模型及相互转换、时域分析方法、频域分析方法等应用MATLAB工具箱进行分析研究，增强理解;
简要介绍SIMULINK仿真软件，介绍SIMULINK的应用方法及各种强大功能，应用SIMULINK对系统进行仿真研究;
简要介绍控制系统分析与设计所必须的工具箱函数，包括模型建立、模型变换、模型简化、模型实现、模型特性、方程求解、时域响应、频域响应、根轨迹等各个方面。
2、在掌握控制系统基本理论和控制系统工具箱函数的基础上，利用MATLAB及其工具箱函数来解决所给控制系统的分析与设计问题,并上机实验;
撰写课程设计报告。
2.1、自选单位负反馈系统，开环传递函数
[一个三阶或以上系统]。
1、绘制闭环系统单位阶跃响应曲线。
2、求出系统动态性能指标。
3、绘制对数幅频、相频特性曲线，并求出频域指标。
2.2、采用串联校正，校正装置传递函数
。
1、
，绘制
由
的根轨迹，绘制
取三个不同数值时单位
阶跃响应曲线，并求出相应动态性能指标，试分析随着
的变化，系统稳定性、动态性能、稳态性能有何变化。
2、采用频率校正法进行设计，可以给时域性能指标要求，也可以给频域性能指标，要既有稳态性能要求，也要有动态性能要求，若单独超前校正或滞后校正不满足要求，可采用滞后超前校正。
要熟悉超前校正、滞后校正及滞后超前校正的原理，使用条件，并对校正后的效果进行合理的分析。
3、采用根轨迹校正法。
根据动态性能要求，确定自选主导极点
，同时满足一定稳态性能要求，求出
，绘制校正后单位阶跃响应曲线，并求出动态性能指标，分析校正效果及产生该效果的原因。
（或采用其它的方法如：
反馈校正，复合校正，串联工程法，串联综合法（希望特性法）进行设计等）最好采用频率校正和另外一种校正方法对比研究。
2.3、绘制校正前后系统单位阶跃响应曲线对比图，根轨迹对比图、伯德图对比图，并求出系统动态性能指标。
2.4、根据校正前、后时域、频域性能指标分析得出结论，按自己所作课程设计的内容撰写课程设计报告。
3、考核。
课程设计报告：
（一）
1、开环传递函数
，
2、令K=1，绘制未校正前的传递函数的阶跃响应、幅频相频曲线等。
clc;
num1=2;
den1=conv（[0.21],[0.51]）;
den2=conv（[10],den1）;
[num,den]=cloop（num1,den2,-1）;
sys=tf（num,den）;
p=roots（den）;
t=0:
0.01:
2;
figure
（1）;
step（sys,t）;
%绘制闭环系统单位阶跃响应曲线
grid
xlabel（'
t'
）;
ylabel（'
c（t）'
title（'
stepresponse'
H1=tf（num1,den2）;
[Gm,Pm,Wc,Wx]=margin（sys）;
%求频域指标
figure
（2）;
margin（H1）;
%对数幅频，相频指标
figure（3）;
nyquist（H1）;
figure（4）;
rlocus（sys）;
y=step（sys,t）;
[Y,k]=max（y）;
tp=t（k）%峰值时间
c=dcgain（sys）;
%终值
deta=100*（Y-c）/c;
%超调量
deta=abs（deta）
n=1;
whiley（n）<
0.1*c
n=n+1;
end
m=1;
whiley（m）<
0.9*c
m=m+1;
tr=t（m）-t（n）%上升时间
i=length（t）;
while（y（i）>
0.95*c）&
&
（y（i）<
1.05*c）
i=i-1;
ts=t（i）%调节时间
0.5*c
td=t（n）%延迟时间时间
wn=sqrt（500）;
z=500/（2*wn）;
N=ts*wn*sqrt（1-z^2）/（2*pi）;
N=fix（N）%振荡次数
（单位阶跃响应）
校正前时域动态性能指标：
tp=1.9700峰值时间
deta=34.7563超调量
tr=0.7700上升时间
ts=4.4800调节时间
td=0.8100延迟时间
N=0+1.7700e+02i震荡次数
（伯德图）
校正前系统动态性能指标（）
Gm=10.9幅值裕度
Pm=35.8相角裕度
Wcg=3.16穿越频率
Wcp=1.52截止频率
（奈奎斯特图）
（未校正前的根轨迹图）
（二）
（1）
取三个不同数值时单位阶跃响应曲线，并求出相应动态性能指标，试分析随着
num=[2];
den=[0.001,0.22,4,0];
figure
（1）
rlocus（sys）
本图为原根轨迹放大图，由图上的点可知，系统临界稳定时：
约GC=Kc=3.46*2
（1）Kc=2*0.5时，单位阶跃响应动态性能指标如下：
tp=3
deta=12.1186
tr=1.3400
ts=4.1100
td=1.1700
N=0+1.6200e+02i
（2）Kc=2*3时，单位阶跃响应动态性能指标如下：
tp=1.2000
deta=83.3926
tr=0.4000
ts=33.0200
td=0.4900
N=0+1.3080e+03i
（3）Kc=100*100时，单位阶跃响应动态性能指标如下：
tp=49.9700
deta=5.2836e+03
tr=0.3400
ts=50
td=0.4300
N=0+1.9810e+03i
但是由图可知：
曲线的峰值越来越大，也不会趋向于终值。
Kc=1
Kc=6
Kc=8
上升时间tr
1.34s
0.40s
----
峰值时间tp
3s
1.20s
延迟时间
1.17s
0.49
调节时间ts
4.11s
33.02s
超调量
%
12.1%
83.4%
-----
由上表可以看出随着kc的增大，上升时间减小，同时峰值时间增大，调节时间、延迟时间减小，超调量则增大。
（2）采用频率校正法进行设计，可以给时域性能指标要求，也可以给频域性能指标，要既有稳态性能要求，也要有动态性能要求，若单独超前校正或滞后校正不满足要求，可采用滞后超前校正。
（3）绘制校正前后系统单位阶跃响应曲线对比图，根轨迹对比图、伯德图对比图，并求出系统动态性能指标。
校正要求：
最大输出为12，允许误差小于2，
求满足题意的K值，并校正是的其幅值裕度Gm>
=9,相角裕度Pm>
=30,截止频率为5.
解：
已知Cmax=12,ess<
=2,
所以2K=Cmax/ess>
=6,
K=3
增大相角裕度、增大截止频率选择串联超前校正：
根据
Gm=-20lg|G（jwx’）|
算的：
a=10
T=0.0632
开环传递函数为：
程序如下：
clear;
num1=6;
den1=[0.10.710];
H1=tf（num1,den1）;
[num1,den1]=cloop（num1,den1,-1）;
sys1=tf（num1,den1）;
50;
step（sys1,t）;
grid;
num2=[3.7926];
den2=conv（[0.10.710],[0.06321]）;
H2=tf（num2,den2）;
[num2,den2]=cloop（num2,den2,-1）;
sys2=tf（num2,den2）;
10;
step（sys2,t）;
margin（H2）;
bode（H1,'
r'
H2,'
b'
rlocus（H1）;
figure（5）;
rlocus（H2）;
前面程序中有动态性能的求解过程，这里不做赘述：
时域动态性能的比较：
校正前
校正后
0.4000s
0.2400s
1.2000s
0.6200s
33.0200s
1.8800s
83.3926%
38.1084%
频域动态性能比较：
幅值裕度h
1.34
9.73
相角裕度r
4.05
31.8
穿越频率wx
3.16
9.35
截止频率wc
2.92
4.99
（校正前的单位阶跃响应）
（校正后的单位阶跃响应）
校正前后的伯德图对比
（校正前的根轨迹图）
（校正后的根轨迹图）
（三）要求超调量不大于20%，调节时间小于4s。
采用根轨迹校正法。
原系统要求最大超调量小于等于20%，则可得：
可得：
增加系统调节时间指标要求，设为
则期望的主导极点为：
需要补偿的超前角为：
校正后的开环传递函数为：
最终解得：
num1=[4473.48];
den1=[110.7336.1137.30];
[num,den]=cloop（num1,den1,-1）;
校正前的单位阶跃响应
时域动态性能：
tp=1.5200
deta=19.2661
tr=0.6500
ts=2.1400
td=0.6400
N=0+84.0000i
可得，超调量小于20%，调节时间小于4。
升级会员 