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1、1目录目录第一章 设计题目及要求 .21.1 题目.21.2 题目分析.21.2.1 题目要求.2第二章 校正前系统性能.32.1 时域性能.32.2 频域性能.3第三章 校正环节设计.53.1 校正方法选择.53.2 控制参数整定.5第四章 校正后系统性能.84.1 时域性能.94.2 频域性能.10结论.11心得体会.122第一章 题目及要求1.1 题目大型天线可以用来接收卫星信号，为了能跟踪卫星的运动， 必须保证天线的准确定向。天线指向控制系统采用电枢控制的电机驱动天线，电机和天线的传递函数为，)10)(5(10)(ssssG设计合适的校正网络，要求系统斜坡响应的稳态误差小于 1%， 阶
2、跃响应的超调量小于 5%，调节时间小于 2s。1.2 题目分析1.2.1 题目要求（1）稳态误差小于 1% （2）阶跃响应的超调量小于 5% （3）调节时间小于 2s。3第二章 校正前系统的性能2.1 时域性能a=tf(10,1 15 50 0) Transfer function:10- s3 + 15 s2 + 50 s g=feedback(a,1); step(g) xlabel(t); ylabel(Y(t); title(校正前系统阶跃响应) grid on05101520253000.10.20.30.40.50.60.70.80.91伯 伯 伯 伯 伯 伯 伯 伯 伯t (se
3、c)Y(t)图 2-1 阶跃响应曲线2.2 频域性能4bode(a) xlabel(w); title(校正前系统伯德图) grid on-150-100-50050Magnitude (dB)10-1100101102103-270-225-180-135-90Phase (deg)伯 伯 伯 伯 伯 伯 伯 伯 伯w (rad/sec)图 2-2 校正前系统参数: 输入指令 gm,pm,wg,wp=margin(a) 得校正前系统的幅值裕度 gm=75、相位裕度 pm =86.5673、穿越 频率 wc=7.0711。0.1998。2.3 校正前系统框图StepScope10s +15s
4、+50s32G05第三章 校正系统设计3.1 校正方法选择由于题目要求系统斜坡响应的稳态误差小于 1%，所以系统 开环增益要大于 100，首先考虑开环增益为 100 设计系统开环传函数为，但由于 G1 系统不稳定相位裕度-40 左1 =50003+ 152+ 50右，所以加一个比例微分环节，再采用超前校正进行调节。3.2 校正参数设定3.2.1 校正前系统性能1、时域性能012345678910-1.5-1-0.500.51x 1016伯 伯 伯 伯 伯 伯 伯 伯 伯t (sec)y(t)图 3-2 2、频域性能6-100-50050100Magnitude (dB)10-110010110
5、2103-270-225-180-135-90Phase (deg)伯 伯 伯 G1伯 伯 伯w (rad/sec)图 3-2-1 得校正前系统的幅值裕度 gm= 0.1500、相位裕度 pm = - 40.4367、穿越频率 wc= 15.9227。3.2.2 原理超前校正的基本原理是利用超前校正网络的相角超前特性 去增大系统的相角裕度，以改善系统的暂态响应。因此，在设 计校正装置时，应使最大的超前相位角可能出现在校正后系统 的剪切频率处。3.2.3 参数计算用频率特性方法设计串联超前校正装置的步骤如下：（1）根据给定的系统稳态性能指标，确定系统的开环增益K。 （2）绘制在确定的 K 值下系
6、统的伯德图，并计算相角裕度（3）根据给定的相角裕度，计算所需要的相角超前07量0（4）令超前校正装置的最大超前角，并计算网络的0m系数。（5）将校正网络在处的增益定为，同时确定m)/1lg(10未校正系统伯曲线上的增益为处的频率，即为)/1lg(10校正后系统的剪切频率。mc（6）确定超前校正装置的交接频率/1,121mm（7）画出校正后系统的伯德图，验算系统的相角稳定裕度。8第四章 校正后系统性能4.1 时域性能求时域参数程序： function Mp,Tr,Ts,Tp=hcd(t,G) Gc=feedback(G,1); Y,t=step(Gc,t); %求超调量 Mp 和峰值时 间 Tp
7、 ctp,tp=max(Y); cs=length(t); yss=Y(cs); Mp=100*(ctp-yss)/yss; Tp=t(tp); m=1; %求上升时间 Tr while Y(m)=1.05*yssn=1;end end t1=t(k);9k=cs+1; n=0; while n=0k=k-1;if k=1,n=1;elseif Y(k)t2Ts=t1;else Ts=t2;end end 保存 M 文件，在指令窗口敲如下指令： t=0:0.1:5; Mp,Tr,Ts,Tp=hcd(t,G(s) 得：Mp =0.9180、Tr =0.1000、Ts =0、Tp =0.10001
8、000.020.040.060.080.10.1200.20.40.60.811.21.4伯 伯 伯 伯 伯 伯 伯 伯 伯t (sec)Y(t)图 4-14.2 频域性能11-100-50050100Magnitude (dB)10-1100101102103104-180-135-90Phase (deg)伯 伯 伯 伯 伯 伯 伯 伯 伯w (rad/sec)图 4-2 得校正后系统相位裕度 pm = 69.6834、穿越频率 wc= 64.555。4.3 校正后系统框图0.15s+10.005s+1Transfer FcnStepScope450s+5000s +15s +50s32G
9、012结论校正前系统开环增益太小，要达到题目要求开环增益必须 大于 100，首先考虑开环增益 100，所以应该设计系统开环传函数为，但由于 G1 系统不稳定相位裕度-40 左右，1 =50003+ 152+ 50所以加一个比例微分环节，再采用超前校正进行调节。 得到超调量 Mp =0.9180%、调整时间 Ts =0.0015、Tp =0.1000 得校正后系统相位裕度 pm = 69.6834、穿越频率 wc= 64.555，系统达到题目要求、系统稳定。 综合以上设计我们还可以得到以下结论： 对于超前校正系统，可以增加开环频率特性在剪切频率附 近的正相位角,可提高系统的相角裕度;减小系统对数
10、幅频特性 在幅值穿越频率上的负斜率, 提高系统的稳定性;提高了系统的 频带宽度,可提高系统的响应速度。13心得体会我所做的题目是天线指向控制系统的校正设计，对于超前 校正，本来理论知识学的就不扎实，要去解答实际问题，就会 难上加难，会遇到很多我们在课本上没有遇到的问题，比如对 于这个题目，若按照自动控制原理课本上讲述的方法，不 仅做起来很麻烦，而且得不到满足要求的传递函数，经过查找 资料和老师的讲解，我在超前校正的基础上加了个一阶微分环 节以达到跟好的效果，可以求出校正后满足要求的系统。此次 的课程设计主要是考察用串联校正的频率域方法对系统进行串 联校正设计，通过课程设计，使我进一步明白了超前
11、、滞后校 正的作用。对于超前校正系统，可以增加开环频率特性在剪切 频率附近的正相角,可提高系统的相角裕度;减小对数幅频特性 在幅值穿越频率上的负斜率, 提高系统的稳定性;提高了系统的 频带宽度,可提高系统的响应速度。 经过此次课程设计，我初步掌握了设计原则、设计方法、 设计步骤和设计规范的应用，了解了控制系统的校正设计过程， 特别是对串联校正的运用，也扎下了 MATLAB 的软件应用基础。 比如： 这次课程设计使我对自动控制原理这门学科有了更深层次 的理解与认识，知道了自动控制原理的实际用途与用法，为我 以后工作中使用所学过的自动控制原理知识奠定了良好的基础。 不仅如此，通过这次课程设计，我把这门课程的所有知识都统 一了起来，在实际操作方面有了一些领悟，最主要的是对自动 控制原理这门较为抽象的课程有了一个比较深的认识。
