自控理论课程设计.docx

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1、课程设计任务书强目频域法校正十三超学生姓名学号专业班级设计内容与要求一、设计内容：单位负反应系统的开环传递函数为GjS)=竺，试用Bcx1.c86-)图设计方法对系统进行串联校正设计，(1)使之满足校正后的系统开环增益不变.(2)相角裕度250(3)超调量o%VI()%,(4)调节时间(5%误差带)i0.5s.二、设计要求：(I)编程绘制原系统的BOde图，并计兑出原系统的幅值裕量及相角裕址：(2)选择校正方式，进行校正装置的设计，得出相应的校正装置的参数：(3)编程绘制校正后系统的Bx1.e图，并计算出校正后系统的幅值裕珏及相角裕量；(4)整理设计理果,提交设计报告。起止时间2014年月日至

2、20年月日指导教师签名年月日系(教研室)主任签.名年月日学生答名年月日1 .课程设计任务书O2 .设计内容及思想O2.1 设计内容22.2 设计思想O3 .系统秘态性能指标计算O4 .编制的程序14.1 运用MAr1.AB编程14.1.1 校正前程序I4.1.2 求校正装置的传递函数24.1.3 求校正后传递函数的过程24.1.4 校正后程序34.2 在SIMU1.INK中绘制状态图55 .结论66 .设计总结6参考文献72.设计内容及思想2.1设计内容单位负反应系统的开环传递函数为GJs)=-试用Bodc图设计.%Q1M-OCX)2H)方法对系统进行串联校正设计，(1)使之满足校正后的系统开

3、环增益不变，(2)相角裕度y250,(3)超调址o%10%,(4)调节时间(5%误差带)0,5s.2.2设计思想根据被控对象级及给定的技术指标要求，设计自动控制系统。既要保证所设计的系统有良好的性能，满足给定技术指标的要求。还要考虑给定方案的可靠性和经济性。本设计给出了在指定的技术指标F,对控制系统的设计，对系统进行校正时采用了波特图的串段校正，对系统校正前后的性能作了分析和比拟，并用MAT1.AB进行了绘制和仿真，对己校正系统的高频特性有要求时，采用领域法校正较其他方法更为方便.3 .系统稳态性能指标计算因为0%=O.16+0.4(Mr-I)=20%,那么有symsMrsigma;Mr=So

4、1.vc(X)J6+0.4*(Mr-1)=0.1,)iMr=vpa(Mr,3);Mi-1.15.又因M,=?一,那么有SinysymsMrgammaganna=so1.ve(1.1=1sin(gamma);gamma=vpa(gamma*180,pi.3)语句执行结果gamma=50.6即=50.6o题目要求1.05s,而f,=52+1.5(MT)+25(K-1)kO5s,中选取M=1.1.5时，有symstsomegacMrMr=1.1.5;(s=0.5;omcgac=pi*(2+1.5*(Mr-1.)+2.5*(Mr-1.)2)ts程序运行结果omcgac=2.4rad因为校正后剪切频率/

5、2.4rads小于原系统的剪切须率=12.1rads,应选取滞后校正。4.编制的程序4.1 运用MAT1.AB编程校正前程序c1.earK=40;n1.=i;d1.=conv(conv(0.0.21.),0.06251);G()=t(K*n1.,d1.);figure。)；margin(GO)jgridon:ho1.donfigure(2):sys=feedback(GO,1);stcpBodeDW6Gm-5.6Ce(t8.94rds),Pm-14.deg(t12.1rds)1001.1f丁!-Frequency（radAs）图I-I未校正系蜕的波特图S12未校正系统的单位阶跃应图由图1-1可

6、知系统的领域性能指标穿越频率:Wf=8.94rads截止频率:WC=I2.1rads幅值裕度：h=-5.6IB相角裕度：=-4.8求校正装置的传递函数由于系统的相角稳定裕度尸1.2。50。,所以必须对系统进行校正。设超前校正装置的传递函数丫？50。和开环增益K=40,可以根据来计算a.T的值。a=1.-sinm/(1+sinm)：取m=-+;wc=2.4rads而wc=1.(sqr（八）*T):将得到的a和的WC的数值带入式便可以得到T的值。根据所得到的a和T,将其带入设得的校正系统的传递函数，便可以求得校正系统的传递函数。4 .1.3求校正后传递函数的过程num=040);dcn=conv(

7、conv(1.0.0.062511).0.2I);G=t(num,1.en)kg,r.wc,wg=margin(G)margin(G);phy=56-180;jn,p.w=bodc(G);wc1=sp1.ine(p.w.phy);m1.=sp1.inc(p,n,phy);b=1.m1.T=1.()(b*wc1.)Gc=1.f(b*TIj.TI)sys=Gc*GSyS1.=feedbaek(sys,1.)kg1.rI.wcI.wgI=margin(sys)marein(sys)程序执行后输出校正装巴的的传递函数中参数B和T的值b=0.0668T=62.6802程序执行后输出校正装巴的传递函数Tr

8、ansferfunction:4.19s+162.68s+1程序执行后输出校正后系统的闭环传递函数Transferfunction:167.6s+400.7835s4+16.47s3+62.94s2+s4 .1.4校正后程序num=040:dcn=conv(conv(110,0.0625I),0.2I);G=tf(nun.den)kg,r,wc,wg=margin(G)margin(G);phy=56-180;(m,p,w)=bo1.c(G);wc1=sp1.inc(p.w.phy);m1.=sp1.ine(,n,hy);b=1.m1.T=10(bwc1.)Gc=1.f(b*T1.1.,T1.

9、)sys=Gc*GSySI=Asedback(SySJ)(kg1.,r1.,wcI,wgI=11argin(sys)margin(sys)程序运行后，可得到如图2-1所示校正后的系统的波特图，还有如图2-2校正后的系统的单位阶跃响应曲线100Bod。Do/ornOm-17.4d(at8期rad),Pm-SOSKg(at2.4rds)10Frequency(rads)S2-1校正后系统的波特图n2-2校正后系观的单位阶跃响应图穿越频率:=8.68rads截止频率:0=2.4rads由图2-1可知系统的频域性能指标幅值裕度：h=17.4dB相角裕度：=50.6o4.2在Simu1.ink中绘制状态

10、图校正前图31校正前方根图图32simui,ink中校正防仿真图2）校正后图，3校正前方植图图34Simu1.ink中校正后仿真图5 .结论通过领域法校正使原系统的稳态性能得到满足，使校正后的系统的开环频率具有：低频段的增益充分大，满足我稳态精度要求；(2)中频段具有较宽的频带,使系统有适宜的相角裕员和幅值裕量，满足动态性能:(3)高频段幅值衰减迅速，以减少噪音影响“校正后函数图象更为稔定。6 .设计总结通过这次设计，了解了频域法设计的根本过程：先按性能指标要求确定能满足要求的开环频率特性(期里频率特性)然后找出期望特性与原系统开环特性的差异，再确定适当的校正特性，井用校正特性补偿其差异，于是就使补偿后的开环特性几乎成为期望特性。这次课程设计让我对VAT1.AB计算机仿真有了新的认识，计算机的仿真既可以准确快捷的进行计算，设计的错误在自动生成的图形中可以看出来。通过这次设计我认识到自己对MAT1.AB软件学习的缺乏和自动控制在社会应用中很广泛，熟练的运用MAT1.AB可以方便快捷的解决实际问题。参考文献U薛朝妹、霍爱清.自动控制理论课程设计指导书.西安石油大学.2汤楠、也爱消.自动控制埋设教材.石油工业出版社.2012.3张志乐杨祖樱,精通MAr1.ABR201Ia,北京航天航空大学出版社,2001.