自控原理课设 华北电力大学

最新课设,内容详细

课程设计(综合实验)报告

( 2014-- 2015 年度第 1学期)

名 称： 自动控制原理 题 目： 院 系： 控制与计算机工程学院 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 张金芳 设计周数： 一周

成 绩：

日期： 2015年1月21日

最新课设,内容详细

一、课程设计题目及报告要求

题目 已知单位负反馈系统被控制对象的开环传递函数

Gk(s)

K

s(0.1s 1)

任务：

1. 分析系统单位阶跃响应的时域性能指标

2. 当k , 时，绘制系统的根轨迹，分析系统的稳定性 3. 对系统进行频域分析，绘制其Nyquist图及Bode图，确定闭环系统的稳定性

4. 用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计，使系统满足如下动态及静态性能指标： 4.1设计串联校正满足下列性能指标

（1）在单位斜坡信号r(t) t作用下，系统的稳态误差ess 0.01；

''0

（2）系统校正后，相位裕量 ( c) 45。

4.2设计串联校正满足下列性能指标

（1）在单位斜坡信号r(t) t作用下，系统的稳态误差ess 0.005；

''0

( ) 45c（2）系统校正后，相位裕量。

'

（3）系统校正后，幅值穿越频率c 50。

课程设计报告的内容应包括以下几个部分：

单位阶跃响应时域指标的分析：绘制出系统的单位阶跃响应曲线，利用响应曲线计算出系统单位阶跃响应的性能指标tr,tp,ts, ,N 绘制系统的根轨迹，通过根轨迹分析系统的稳定性

绘制系统的Nyquist图和Bode图，由图分析系统的稳定性及稳定裕度

利用频率域串联校正方法对系统进行的串联校正

最新课设,内容详细

（1）分析设计要求，说明串联校正的设计思路（滞后校正，超前校正或滞后-超前校正）；

（2）详细设计（包括的图形有：串联校正结构图，校正前系统的Bode图，校正装置的Bode图，校正后系统的Bode图）； （3）MATLAB编程代码及运行结果（包括图形、运算结果）； （4）校正实现的电路图及实验结果（校正前后系统的阶跃响应图）； （5）不同校正方法及装置的比较；

（6）总结（包括课程设计过程中的学习体会与收获、对本次课程设计的认识等内容）。

最新课设,内容详细

二、设计正文（原理、程序、图形）

令题目中的s的系数为0.3 1、系统的单位阶跃响应

程序：

G1=tf([1],[0.3 1 0]); sys=feedback(G1,1); figure(1) t=0:0.01:6; step(sys,t); grid;

由图可得tr=1.61 tp=4.21 ts=2.65 超调量为0，震荡次数N=0

2、零极点图，及系统的根轨迹

figure(2)

p=roots([0.3 1 0]) pzmap(G1); grid;

程序结果： p = 0

-3.3333

最新课设,内容详细

k>0时的根轨迹图

figure(3) rlocus(G1); rlocfind(G1); grid;

最新课设,内容详细

k<0时的根轨迹图

figure(4) rlocus(-G1); rlocfind(-G1); grid;

由图可看出当K > 0，可满足系统稳定。 由图可看出 当K <0 时 ，系统不稳定 。

最新课设,内容详细

3、对系统进行频域分析

Bode图如下

figure(5) margin(G1); grid;

Nyquist图如下

figure(6) nyquist(G1); grid;

最新课设,内容详细

根据nyquist 稳定判据，R=0，P=0，Z=0 可知系统稳定

4、串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计 4.1由于ess<0.01,所以k=100

校正前系统的Bode图

G0=tf([100],[0.3 1 0]) Sys=feedback(G0,1) figure(1)

[h0,r,wx,wc]=margin(G0) margin(G0) 运行结果

h0 = Inf r =

10.4318 wx = Inf wc =

18.1054

其中相角裕度r=10.4318<45，截止频率wc=18.1054 ，不满足要求

最新课设,内容详细

校正前系统的阶跃响应图 figure(2) T=0:0.01:4; step(Sys,T); grid;

最新课设,内容详细

（1）超前校正

由于校正前的相角裕度小于要求的相角裕度，考虑选择串联超前校正装置 校正结构图

电路图

MATLAB程序

wm=27;

l=bode(G0,wm) Lwc=20*log10(l) a=10^(-0.1*Lwc) T=1/(wm*sqrt(a))

phi=asin((a-1)/(a+1))

Gc=(1/a)*tf([a*T 1],[T 1]) Gc=a*Gc figure(3) G=G0*Gc

[h,r,wx,wc]=margin(G) margin(G)

运行结果

h =

Inf r =

48.2206

最新课设,内容详细

wx = Inf wc =

27.0000

其中相角裕度r=48.2206>45满足要求，截止频率wc=27.0000

校正装置

Gc=

0.08161 s + 1 ----------------- 0.01681 s + 1

校正后的传递函数

G=

8.161 s + 100

--------------------------------------- 0.005042 s^3 + 0.3168 s^2 + s

校正后系统的Bode图

最新课设,内容详细

margin(Gc)

矫正装置Bode图

校正后系统的阶跃响应图

最新课设,内容详细

T=0:0.01:3; SYS=feedback(G,1) step(SYS,T); grid;

（2）滞后校正

由于校正前的相角裕度小于要求的相角裕度，也考虑选择串联滞后校正装置 校正结构图

电路图

MATLAB程序

wm=2.5;

l=bode(G0,wm) Lwc=20*log10(l) b=10^(-0.05*Lwc) T=10/(wm*b)

Gc=tf([b*T 1],[T 1]) figure(3) G=G0*Gc

[h,r,wx,wc]=margin(G) margin(G)

运行结果

h =

Inf

最新课 …… 此处隐藏：1282字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……