自动控制系统课程设计报告模板

成绩评定：

自 动 课 课题名称专 业班 级学 号姓 名所在院系完成日期

控 制 系 统 程 设 计

单位负反馈系统的校正设计 电子工程学院 11月25日

目 录

一 、设计目的 ------------------------- 3 二、设计任务与要求 --------------------- 3

2.1设计任务 ------------------------- 3 2.2设计要求 ------------------------- 3

三、设计方法步骤及设计校正构图 ----------- 3

3.1校正前系统分析 --------------------- 3 3.2校正方法 ------------------------- 4 3.3校正装置 ------------------------- 5 3.4校正后系统分析 --------------------- 6

四、课程设计小结与体会 ------------------ 8 五、参考文献 -------------------------- 8

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一 、设计目的

1. 掌握控制系统的设计与校正方法、步骤。

2. 掌握对系统相角裕度、稳态误差和穿越频率以及动态特性分析。 3. 掌握利用MATLAB对控制理论内容进行分析和研究的技能。 4. 提高分析问题解决问题的能力。

二、设计任务与要求

2.1设计任务

设单位负反馈系统的开环传递函数为：

G(s)

Ks(s1)

用相应的频率域校正方法对系统进行校正设计，使系统满足如下动态和静态 性能：

1) 相角裕度；

2) 在单位斜坡输入下的稳态误差为 2.2设计要求

1) 分析设计要求，说明校正的设计思路（超前校正，滞后校正或滞后－超前校正； 2) 详细设计（包括的图形有：校正结构图，校正前系统的Bode图，校正装置的Bode

图，校正后系统的Bode图）；

3) 用MATLAB编程代码及运行结果（包括图形、运算结果）； 4) 校正前后系统的单位阶跃响应图。

三、设计方法步骤及设计校正构图

3.1校正前系统分析

校正前系统的开环传递函数为：

校正要求:

校正前结构图:

3

1) 单位阶跃响应分析

在MATLAB中编写如下程序：

由上图可以看出，系统在阶跃输入下还是可以稳定输出的，但是开始时振 荡比较大，超调量也比较大，系统的动态性能不佳。

2) 利用MATLAB绘画未校正系统的bode图

在MATLAB中编写如下程序：

 校正前bode图

由上图可知，相角欲度 ，截止频率 ，幅值欲度为无穷大。显然，此时系统的相角裕度不符合要求，故该系统需要校正。由于校正前系统已有一定的相角欲度，因此可以考虑引入串联超前校正装置以满足相角欲度的要求。

3.2校正方法

根据系统的性能，决定采用串联超前校正。用频域法设计超前网络的步骤如下： 1) 根据要求，确定开环增益K。

2) 利用已确定的开环增益，计算待校正系统的相角裕度。 3) 根据截止频率c的要求，计算和T，令mc，以保证系统的响

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应速度，并充分利用网络的相角超前特性。显然m是：

\"'mcc，成立的条件

LLC'c10lg'm

根据上式不难求出值，然后由ω =1/T4) 验算已校正系统的相角裕度 。

确定T。

由

msin1a1a1

''c求得m，再由已知的c算出待校正系统在c时的相角欲度。 最

后，按下式算出

'mc\"

mm，一般使

增大，然后重复以

如果验算结果不满足指标要求，要重选上步骤。

3.3校正装置

（1）求校正装置的参数a。

为了达到相角裕量要求，需要增加的超前相角为：

校正后的幅频特性：

则校正装置传递函数：

校正装置结构图如下：

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利用MATLAB 绘画校正装置的bode图

 校正装置Bode图如下：

校正装置Bode图

3.4校正后系统分析

经超前校正后，系统开环传递函数为：

 校正后结构图：

1) 利用MATLAB 绘画系统校正后的bode图

在MATLAB中编写如下程序：

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 校正后系统的bode图：

由上图可知，相角裕度 ， 截止频率

。幅值欲度为无穷大，各项指标均 满足设计要求。

2) 利用MATLAB 绘画系统校正前后的单位阶跃响应图

程序：

3) 系统校正前后的单位阶跃响应对比图。

在MATLAB中编写如下程序：

G1=tf([15],[1 1 0]); G2=feedback(G1,1); t=0:0.01:5;

G3=tf([5.7 15],[0.08 1.08 1 0]);

G4=feedback(G3,1); y1=step(G2,t);

y2=step(G4,t);

plot(t,y1,'--',t,y2);grid xlabel('t');ylabel('c(t)');

title('校正前后单位阶跃响应对比图');

text(1.2,1.5,'校正前');text(0.8,1.0,'校正后');

图形：

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四、课程设计小结与体会

五、参考文献

[1] 《自动控制原理》，杨庚辰，

西安电子科技大学出版社，2009 8