自动控制课程设计.docx
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自动控制课程设计
课程设计（大作业）报告
课程名称：
自动控制理论
设计题目：
院系：
自机学院
班级：
2010级电气
（2）班
设计者：
梁家余
学号：
201004170314
指导教师：
李祥德李云娟
设计时间：
2013-1-9
1、实训目的
1、了解matlab软件的基本特点和功能，熟悉其界面、菜单和工具条；掌握线性系统模型的计算机表示方法、变换以及模型间的相互转换。
了解控制系统工具箱的组成、特点及应用；掌握求线性系统定常连续系统输出相应的方法，运用连续系统时域响应函数（impulse，step,lsim）,得到系统的时域响应曲线。
2、掌握使用MATLAB软件做出系统根轨迹；利用根轨迹图对控制系统进行分析；掌握使用MATLAB软件作出开环系统的波特图，奈圭斯特图；观察控制系统的开环频率特性，对控制系统的开环频率特性进行分析。
3、掌握MATLAB软件中simulink工具箱的使用；熟悉simulink中的功能模块，学会使用simulink对系统进行建模；掌握simulink的仿真方法。
二、实训内容
1、用matlab语言编制程序，实现以下系统：
1）、
>>unm=[524018];
>>den=[14622];
>>sys=tf（unm,den）
Transferfunction:
2）、
>>unm=conv（conv（[166],[166]）,[12]）;
den1=conv（conv（[11],[11]）,conv（[1325],[11]））;
>>den=conv（[10],den1）;
sys=tf（4*unm,den）
Transferfunction:
2、两环节G
（1）、G
（2）串联，求等效的整体传递函数G（s）
unm1=[2];
>>den1=[13];
>>unm2=[7];
>>den2=[121];
>>sys1=tf（unm1,den1）;
>>sys2=tf（unm2,den2）;
>>sys=series（sys1,sys2）
Transferfunction:
14
---------------------
s^3+5s^2+7s+3
3、两环节G1、G2并联，求等效函数的传递函数G（s）
>>unm1=[2];
den1=[13];
unm2=[7];
den2=[121];
sys1=tf（unm1,den1）;
sys2=tf（unm2,den2）;
sys=parallel（sys1,sys2）
Transferfunction:
2s^2+11s+23
---------------------
s^3+5s^2+7s+3
4、已知系统结构如图，求闭环传递函数。
其中的两环节G1、G2分别为
有系统结构图可知G1与G2是反馈关系，可有正反馈和负反馈
1）、正反馈
unm1=[3100];
den1=[1281];
unm2=[2];
den2=[25];
sys1=tf（unm1,den1）;
sys2=tf（unm2,den2）;
sys=feedback（sys1,sys2,-1）
Transferfunction:
6s^2+215s+500
---------------------------
2s^3+9s^2+178s+605
2）、负反馈
unm1=[3100];
>>den1=[1281];
>>unm2=[2];
>>den2=[25];
sys1=tf（unm1,den1）;
sys2=tf（unm2,den2）;
sys=feedback（sys1,sys2,1）
Transferfunction:
6s^2+215s+500
---------------------------
2s^3+9s^2+166s+205
5、已知某系统闭环传递函数为
，求其单位阶跃响应曲线，单位脉冲曲线。
unm=[1025];
den=[0.161.961025];
t=0:
0.1:
10;
sys=tf（unm,den）;
y1=step（sys,t）;%单位阶跃
y2=impulse（sys,t）;%单位脉冲
plot（t,y1,'--',t,y2,'+'）;
xlabel（'时间t/s'）;
ylabel（'响应曲线'）;
legend（'单位阶跃响应曲线','单位脉冲响应曲线'）;
6、典型二阶系统的传递函数为
，
为自然频率，
为阻尼比，试绘出当
=0.5，
分别取-2、0、2、4、6、8、10时该系统的单位阶跃响应曲线；分析阻尼比分别为-0.5、-1时系统的稳定性。
当
=0.5时
1）、
=-2
>>unm=[（-2）*（-2）];
>>den=[12*0.5*（-2）（-2）*（-2）];
>>sys=tf（unm,den）
Transferfunction:
4
-------------
s^2-2s+4
>>t=0:
0.1:
10;
>>y=step（sys,t）;
>>plot（t,y）
2）、
=0时
>>unm=[0];
>>den=[100];
>>sys=tf（unm,den）
Transferfunction:
0
>>t=0:
0.1:
10;
>>y=step（sys,t）;
>>plot（t,y）
3）、
=2时
>>unm=[2*2];
>>den=[12*0.5*22*2];
>>sys=tf（unm,den）
Transferfunction:
4
-------------
s^2+2s+4
>>t=0:
0.1:
10;
>>y=step（sys,t）;
>>plot（t,y）
4）、
=4
>>unm=[4*4];
>>den=[12*0.5*44*4];
>>sys=tf（unm,den）
Transferfunction:
16
--------------
s^2+4s+16
>>t=0:
0.1:
10;
y=step（sys,t）;
plot（t,y）
5）、
=6
>>unm=[6*6];
>>den=[12*0.5*66*6];
>>sys=tf（unm,den）
Transferfunction:
36
--------------
s^2+6s+36
>>t=0:
0.1:
10;
>>y=step（sys,t）;
>>plot（t,y）
6）、
=8
>>unm=[8*8];
>>den=[12*0.5*88*8];
>>sys=tf（unm,den）
Transferfunction:
64
--------------
s^2+8s+64
>>t=0:
0.1:
10;
>>y=step（sys,t）;
>>plot（t,y）
7）、
=10
>>unm=[10*10];
>>den=[12*0.5*1010*10];
>>sys=tf（unm,den）
Transferfunction:
100
----------------
s^2+10s+100
>>t=0:
0.1:
5;
>>y=step（sys,t）;
>>plot（t,y）
稳定性判定：
系统的闭环特征方程为：
，
1）、
=-0.5
>>f=[12*（-0.5）*88*8];
>>den=roots（f）
den=
4.0000+6.9282i
4.0000-6.9282i
系统不稳定
2）、
=-1
>>f=[12*（-1）*88*8];
>>den=roots（f）
den=
8
8
系统稳定
7、设有一高阶系统开环传递函数为
，试绘制该系统的零极点图和闭环根轨迹图。
unm=[0.0160.2181.4369.359];
den=[0.060.2680.6356.271];
sys=tf（unm,den）;
pzmap（sys）%开环零极点
rlocus（sys）%根轨迹图
>>rlocus（z,p）
8、单位反馈系统前向通道的传递函数为
试绘制该系统的Bode图和Nyquist曲线，说明软件绘制曲线与手动绘制曲线的异同
unm=[281282];
den=[15101051];
sys=tf（unm,den）;
bode（sys）%bodeͼ
nyquist（sys）%nyquistͼ
Transferfunction:
2s^4+8s^3+12s^2+8s+2
-----------------------------------------
s^6+5s^5+10s^4+10s^3+5s^2+s
>>bode（unm,den）
>>nyquist（unm,den）
软件绘制曲线与手动绘制曲线的异同：
软件绘图更加精确。
9、已知某控制系统的开环传递函数
，K=1.5，试绘制系统的开环频率特性曲线，并求出系统的幅值和相位裕量。
unm=[1.5];
den=conv（conv（[10],[11]）,[12]）;
sys=tf（unm,den）;
[gm,pm,wcg,wcp]=margin（sys）
margin（sys）
Transferfunction:
1.5
-----------------
s^3+3s^2+2s
>>[gm,pm,wcg,wcp]=margin（unm,den）%
gm=
4.0000
pm=
41.5340
wcg=
1.4142
wcp=
0.6118
>>bode（sys）
>>nyquist（sys）
10、在SIMULINK中建立系统，该系统阶跃输入时的连续示意图如下。
K为224，绘制其单位阶跃响应曲线，分析其峰值时间
、延迟时间
、上升时间
、调节时间
和超调量。
>>unm=[314];
>>den=[19314];
>>sys=tf（unm,den）;
>>t=0:
0.01:
5;
>>y=step（sys,t）;
>>plot（t,y）
>>i=501;
>>whiley（i）>0.98&y（i）<1.02
i=i-1;
end
>>ts=i
ts=
88
>>i=1;
>>whiley（i）<0.1
i=i+1;
end
>>t1=i;
>>i=1;
>>whiley（i）<0.9
i=i+1;
end
>>t2=i;
>>tr=t2-t1
tr=
8
>>i=1;
>>whiley（i）<0.5
i=i+1;
end
>>td=i
td=
9
>>[y,t]=max（y）;
>>tp=t
tp=
23
三、设计总结
每一个课程设计都是一个挑战！
这次的课程设计也不例外。
虽然我们以前学了一点MATLAB，不少课本上也有提到过MATLAB，但是我们还是不怎么熟练，通过这次自动控制原理课程让我更好地学会了如何去使用这个软件。
自动控制原理的知识在课堂上掌握的也不是很好，所以这次课程设计对于我来说真是难度不小啊。
在很多人眼中为期一周的课程设计或许是一种煎熬，这是可以理解的，在这一周当中，我们不仅要完成这个课程设计，而且还要学习其他专业课的复习。
对于MATLAB的学习，我们先从以前教材中翻看相关的内容，因为这些书上讲的比较精简易懂，看完之后便对MATLAB有了更深地了解和懂得了一些简单编程，接下来我再去图书馆借相关的书籍进行借鉴和参考，当要用什么功能时，就在书上翻看相应部分的内容，这样MATLAB就应用起来了。
对于自动控制原理的相关知识，我重新翻看好几遍教材，对校正有了较好的认识之后才开始进行单位负反馈系统设计。
校正设计时候，在试取值时需要对校正原理有较好的理解才能取出合适的参数，期间我也不是一次就成功，选了几次才选出比较合适的参数。
这种不断尝试的经历让我们养成一种不断探索的科学研究精神，我想对于将来想从事技术行业的学生来说这是很重要的。
每一次课程设计都会学到不少东西，这次当然也不例外。
不但对自动控制原理的知识巩固了，也加强了MATLAB这个强大软件使用的学习，这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多编程问题，最后在自己和同学相互协助下，终于迎刃而解了。
四、参考文献
[1]程鹏.自动控制原理（第二版）.高等教育出版社.
[2]朱衡君.MATLAB语言及实践教程（第二版）.清华大学出版社.
[3]张静.MATLAB在控制系统中的应用.电子工业出版社.
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