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1、自动控制原理课程设计专专 业业： 电自动化 设计题目设计题目： 控制系统的综合设计 班级班级： 学生姓名学生姓名： 学号学号： 指导教师指导教师： 分院院长分院院长： 教研室主任教研室主任： 电气工程学院电气工程学院一、课程设计任务一、课程设计任务 1 1、设计内容、设计内容针对二阶系统，利用有源串联超前校正网络（如图所示）进行系) 1()(ssKsW统校正。当开关 S 接通时为超前校正装置，其传递函数，其中11)(TsTsKsWcc， “-”号表示反向输入端。若132 RRRKc1)(132432RRRRRCRT4Kc=1，且开关 S 断开，该装置相当于一个放大系数为 1 的放大器（对原系统
2、没有校 正作用） 。 2 2、设计要求、设计要求1）引入该校正装置后，单位斜坡输入信号作用时稳态误差，开环截止1 . 0)(e频率c4.4 弧度/秒，相位裕量 45； 2）根据性能指标要求，确定串联超前校正装置传递函数； 3）设校正装置R1=100K，R2=R3=50K，根据计算结果确定有源超前校正网络元件参 数R4、C值； 4）绘制引入校正装置后系统电路原理图（设给定的电阻和电容： R=100K，C=1F、10F若干个） ； 5）利用 Matlab 仿真软件辅助分析，绘制校正前、后及校正装置对数频率特性曲 线,并验算设计结果； 6）在 Matlab-Simulink 下建立系统仿真模型，求校
3、正前、后系统单位阶跃响应 特性，并进行系统性能比较； 7）利用自动控制原理实验箱完成硬件系统设计，包括：搭建校正前后系统电路、 输入阶跃信号并通过示波器观察校正前后系统输出响应曲线。 3. 课程设计报告要求课程设计报告要求 （1）设计报告包括内容 1）理论计算校正装置的过程； 2）绘制系统电路图时各环节参数的计算过程（包括有源校正装置R4和C的计算过 程） ；R1 +ur ucR0R2R3R4CS3）利用Matlab仿真软件辅助分析设计的程序及校正前、后对数频率特性曲线； 4）利用Matlab-Simulink建立校正前、后系统仿真模型，求单位阶跃响应曲线， 并计算校正前后系统超调量、调节时间
4、，给出结论； 5）硬件系统设计过程及设计结果，给出结论。 （2）在设计过程中遇到的软、硬件问题及解决的办法 （3）课程设计总结 包括：本次课程设计过程中的收获、体会，以及对该课程设计的意见、建议等。（4）上交电子版设计报告 （5）设计中参考文献列表 （6）报告使用 B5 纸打印5.5. 参考资料参考资料 1王建辉等.自动控制原理.北京:清华大学出版社.2007 2胡寿松.自动控制原理.北京:科学技术出版社.2001 3薛定宇.反馈控制系统设计与分析MATLAB 语言应用（第 1 版）.北京:清华大 学出版社.2000 4薛定宇.控制系统计算机辅助设计MATLAB 语言及应用.北京:清华大学出版
5、社. 1996 5罗忠宝.自动控制原理实验指导书.长春：本校自编教材6.6. 设计进度（设计进度（20132013 年年 6 6 月月 1717 日日66 月月 3030 日）日） 时间设计内容6.17-6.18布置设计任务、查阅资料、理论设计6.19-6.27Matlab 仿真设计、Simulink 仿真分 析6.28-6.30写设计报告并提交7.7. 课程设计时间及地点课程设计时间及地点 2013 年 6 月 17 日-2013 年 6 月 30 日 上午：8:30-11:30；下午：1:00-4:00 地点：新实验楼 323自动控制原理课程设计专专 业业： 电自动化 设计题目设计题目：
6、控制系统的综合设计 班级班级： 1143 学生姓名学生姓名： 黄乾 学号学号：28 指导教师指导教师： 刘晓梅 分院院长分院院长： 许建平 教研室主任教研室主任： 高纯斌 电气工程学院电气工程学院目录目目 录录第一章第一章 课程设计内容与要求分析课程设计内容与要求分析 .1 11.1 设计内容 .1 1.2 设计要求 .2第二章第二章 理论分析理论分析 .3 32.1 数据计算与分析 .3 2.1.1 确定原系统传递函数 .3 2.1.2 分析原系统频率特性 .3 2.1.3 确定校正装置数学模型 .4 2.1.4 分析校正后系统频率特性 .4 2.1.5 确定校正装置中 R4 和 C 的值
7、.5 2.2 系统模型设计 .6 2.2.1 比例积分环节电路模型设计 .6 2.2.2 惯性环节电路模型设计 .7 2.2.3 校正装置电路模型设计 .8第三章第三章 软件仿真设计软件仿真设计 .9 93.1 绘制原系统的频率特性 .10 3.2 绘制校装置频率特性 .11 3.3 校正后系统频率特性 .11 3.4 比较校正装置，原系统和校正后系统的频率特性 .12 3.5 SIMULINK 仿真分析（求校正前、后系统单位阶跃响应）14 3.5.1 原系统单位阶跃响应 .14 3.5.2 校正后系统单位阶跃响应 .15 3.5.3 校正前、后系统单位阶跃响应比较 .16第四章第四章 实验测
8、量实验测量 .1717第五章第五章 自动控制原理课程设计总结自动控制原理课程设计总结 .1919参考文献参考文献 .2020评语及成绩评语及成绩第一章 课程设计内容与要求分析1第一章第一章 课程设计内容与要求分析课程设计内容与要求分析1.11.1 设计内容设计内容针对二阶系统，利用有源串联超前校正网络（如图所示）进行系统校正。) 1()(ssKsW当开关 S 接通时为超前校正装置，其传递函数，其中，11)(TsTsKsWcc132 RRRKc， “-”号表示反向输入端。若 Kc=1，且开关 S 断开，1)(132432RRRRRCRT4该装置相当于一个放大系数为 1 的放大器（对原系统没有校正
9、作用） 。 图 1-1 校正装置电路图1.21.2 设计要求设计要求1）引入该校正装置后，单位斜坡输入信号作用时稳态误差，开环截止频率1 . 0)(ec4.4 弧度/秒，相位裕量 45；2）根据性能指标要求，确定串联超前校正装置传递函数； 3）设校正装置R1=100K，R2=R3=50K，根据计算结果确定有源超前校正网络元件参数 R4、C值；第一章 课程设计内容与要求分析24）绘制引入校正装置后系统电路原理图（设给定的电阻和电容： R=100K，C=1F、10F若干个） ； 5）利用 Matlab 仿真软件辅助分析，绘制校正前、后及校正装置对数频率特性曲线, 并验算设计结果； 6）在 Matl
10、ab-Simulink 下建立系统仿真模型，求校正前、后系统单位阶跃响应特性， 并进行系统性能比较； 7）利用自动控制原理实验箱完成硬件系统设计，包括：搭建校正前后系统电路、输 入阶跃信号并通过示波器观察校正前后系统输出响应曲线。第二章 理论分析3第二章第二章 理论分析理论分析2.12.1 数据计算与分析数据计算与分析2.1.12.1.1 确定原系统传递函数确定原系统传递函数有开环传递函数知，系统为型系统，又有稳态误差，所以) 1()(ssKsW1 . 0)(e1 . 01)(Ke（取 K=10）10K 校正前系统的开环传递函数为) 1(10)(sssW2.1.22.1.2 分析原系统频率特性
11、分析原系统频率特性由得，原系统的穿越频率110)(cccwwwA4 . 41 . 3cw原系统的相位裕度如下：根据令求得0lg10) (dcwL4 . 4cwdBgwgwgwLccc620120110201) (微分校正装置交接频率比41010)( cLd 2.1.32.1.3 确定校正装置数学模型确定校正装置数学模型根据求得Twddc11456. 0cdT校正装置为第二章 理论分析41114. 01456. 011)( sssTTsswdc2.1.42.1.4 分析校正后系统频率特性分析校正后系统频率特性系统校正后的传递函数为) 18 . 8)(1(12 . 210) 1114. 0)(1(
12、) 1456. 0(10)( sssssssssG）（校正后系统的相位裕度为 ) (180cc)4 . 4456. 0arctan4 . 4114. 0arctan4 . 4arctan90(180=49.845 满足要求 校正后系统的幅值特性为1)114. 0() 1(1)456. 0(10222ccccwwwwh校正后系统的幅值裕度为)(4 .19lg20)(dBhdBh校正后系统的频率特性如上所示，均满足校正装置的要求。第二章 理论分析52.1.52.1.5 确定校正装置中确定校正装置中 R4R4 和和 C C 的值的值校正装置如图 2-1 所示。图 2-1 校正装置电路图由图可知校正系统的传递函数1) 1( TsTsKwc c其中：；，。CRT4123 RRRKc3232411RRRR R1456. 0T) 1114. 0)(1() 1456. 0(10)(sssssG410050501RR=8.3KC=13.7uF2.22.2 系统模型设计系统模型设计2.2.12.2.1 比例积分环节电路模型设计比例积分环节电路模型设计比例积分环节电路如图 2-2 所示。
