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1、课程设计（大作业）报告课程设计（大作业）报告课程名称： 自动控制理论 设计题目： 自动控制系统建模、分析及校正 院 系：自动控制与机械工程学院 班 级：电气工程及其自动化 2011 级 3 班 设 计 者： 杨承明 学 号： 201104170125 指导教师：杨祖元，李云娟 设计时间：2013.12.162013.12.20 昆明学院课程设计（大作业）任务书昆明学院课程设计（大作业）任务书姓 名：杨承明院（系）：自动控制与机械工程学院 专 业：电气工程及其自动化 学 号：201104170125 任务起止日期：第十五周（2013 年 12 月 16 日2013 年 12 月 20 日）课程设
2、计题目： 自动控制系统建模、分析及校正课程设计要求： 1了解 matlab 软件的基本特点和功能,熟悉其界面、菜单和工具条；掌握线性系统模 型的计算机表示方法、变换以及模型间的相互转换。了解控制系统工具箱的组成、特点及 应用；掌握求线性定常连续系统输出响应的方法，运用连续系统时域响应函数 （impulse,step,lsim） ，得到系统的时域响应曲线。 2掌握使用 MATLAB 软件绘制开环系统的幅相特性曲线、对数频率特性曲线；观察 控制系统的观察开环频率特性，对控制系统的开环频率特性进行分析； 3掌握 MATLAB 软件中 simulink 工具箱的使用；熟悉 simulink 中的功能模
3、块，学会 使用 simulink 对系统进行建模；掌握 simulink 的仿真方法。工作计划及安排：在第 15 周内（2013.12.162013.12.20）内完成规定的题目。指导教师签字 年 月 日 课程设计（大作业）成绩课程设计（大作业）成绩学号：201104170125 姓名：杨承明 指导教师：杨祖元、李云娟 课程设计题目：自动控制系统建模、分析及校正总结： 通过这几天对 matlab 软件的学习觉得很是有意思，即使 matlab 软件界面全部是英文， 而且有很多专业的词汇，有些看都看不懂，但是通过自己不断的努力，最终还是把老师布 置的任务给完成了。在这其中，我遇到了很多的问题，就比
4、如第九题的简单的画图，开始 几个题简单的传递函数都不会，但是通过问同学，问老师，上网查阅资料，最终还是把这 些任务给完成了，每当自己攻克了自己不会的问题的时候都会感觉到有说不出的成就感。 我觉得我们的学习就是应该多有一些这样自己动手的课程，这样既能巩固理论知识又能锻 炼自己对新事物的学习能力。指导教师评语：成绩：填表时间：指导教师签名：课程设计（大作业）报告课程设计（大作业）报告1.用 matlab 语言编制程序，实现以下系统：1） 226418245)(23423sssssssG解：num=5,24,18; den=1,4,6,2,2; G=tf(num,den) Transfer func
5、tion:5 s2 + 24 s + 18 - s4 + 4 s3 + 6 s2 + 2 s + 2 2）)523() 1()66)(2(4)(23322sssssssssG解：num=4*conv(conv(1,2,1,6,6),1,6,6); den=conv(conv(conv(conv(1,0,1,1),1,1),1,1),1,3,2,5); tf(num,den) Transfer function:4 s5 + 56 s4 + 288 s3 + 672 s2 + 720 s + 288 - s7 + 6 s6 + 14 s5 + 21 s4 + 24 s3 + 17 s2 + 52
6、.两环节 G1、G2 串联，求等效的整体传递函数 G(s)32)(1ssG127)(22sssG解：G1=tf(1,1,3); G2=tf(7,1,2,1); G=G1*G2Transfer function:7-s3 + 5 s2 + 7 s + 33.两环节 G1、G2 并联，求等效的整体传递函数 G(s)32)(1ssG127)(22sssG解：G1=tf(1,1,3);G2=tf(7,1,2,1); G=parallel(G1,G2) Transfer function:s2 + 9 s + 22-s3 + 5 s2 + 7 s + 34.已知系统结构如图，求闭环传递函数。其中的两环节
7、 G1、G2 分别为解：G1=tf(3,100,1,2,81);G2=tf(2,1,5);G=feedback(G1,G2)Transfer function:3 s2 + 115 s + 500-s3 + 7 s2 + 97 s + 6055.已知某闭环系统的传递函数为，求其单位阶跃响应251096. 116. 02510)(23sssssG曲线，单位脉冲响应曲线。 解：单位阶跃响应程序： sys=tf(10,25,0.16,1.96,10,25); step(sys);522)(2ssG8121003)(21ssssG单位脉冲响应程序： sys=tf(10,25,0.16,1.96,10,
8、25); impulse(sys);6.典型二阶系统的传递函数为 ， 为自然频率， 为阻尼比，试绘出当=0.5，分别取-2、0、2、4、6、8、10 时该系统的单位阶跃响应曲线；分析n阻尼比分别为0.5、1 时系统的稳定性。解：n2222)(nnn sssG (1) 程序如下：w=0:2:10;kosai=0.5;figure(1)hold onfor Wn=wnum=Wn2;den=1,2*kosai*Wn,Wn2;step(num,den)endgrid on;注：从右到左是 2，4，6，8，10 的单位阶跃响应曲线w=-2kosai=0.5;figure(1)Wn=wnum=Wn2;de
9、n=1,2*kosai*Wn,Wn2;step(num,den)grid on;title(单位阶跃响应)xlabel(时间)ylabel(振幅)w =-2Wn = -2单位阶跃响应图:（2）分析阻尼比分别为0.5、1 时系统的稳定性。1）当=-0.5 时：程序： w=-2:2:10; kosai=-0.5; hold on for Wn=w den=1,2*kosai*Wn,Wn2; v=roots(den) end v =-1.0000 + 1.7321i-1.0000 - 1.7321i v =00 v =1.0000 + 1.7321i1.0000 - 1.7321i v =2.000
10、0 + 3.4641i2.0000 - 3.4641i v =3.0000 + 5.1962i3.0000 - 5.1962i v =4.0000 + 6.9282i4.0000 - 6.9282i v =5.0000 + 8.6603i5.0000 - 8.6603i 由特征根可得，当 w=-2 时系统稳定，当 w=0 时系统临界稳定，当 w=2、4、6、8、10 时，系统不稳定。2）当=-1 时：程序：clear w=-2:2:10; kosai=-1; hold on for Wn=w den=1,2*kosai*Wn,Wn2; v=roots(den) end v =-2-2v =00
11、 v =22 v =44 v =6.0000 + 0.0000i6.0000 - 0.0000i v =88 v =1010 由特征根可得，当 w=-2 时系统稳定，当 w=0 时系统临界稳定，当 w=2、4、6、8、10 时，系统不稳定。7.单位反馈系统前向通道的传递函数为： ，试sssssssssssG23456234510105281282)(绘制该系统的 Bode 图和 Nyquist 曲线，说明软件绘制曲线与手动绘制曲线的异同。 解：程序 num=2,8,12,8,2; den=1,5,10,10,5,1; Bode(num,den) grid num=2,8,12,8,2; den
12、=1,5,10,10,5,1; nyquist(num,den) v=-2,2,-2,2; axis(v) grid title(Nyquist 曲线)8已知某控制系统的开环传递函数，试绘制系统的开环频率1 512( ),.()()KG sKs ss特性曲线，并求出系统的幅值与相位裕量。解：程序G=tf(1,5,conv(conv(1,0,1,1),1,2)； bode(G)G=tf(1.5,conv(conv(1,0,1,1),1,2);Gm,Pm=margin(G)Gm = 4.0000Pm = 41.53409.在 SIMULINK 中建立系统，该系统阶跃输入时的连接示意图如下。k 为学
13、生学号后三位。绘制其单位阶跃响应曲线，分析其峰值时间 tp、延迟时间 td、上升时间 tr、调节时间 ts及超调量。解：本人学号后三位为 125，所以 K=125.1 num1=1;2 den1=1,0; sys1=tf(num1,den1); num2=125; den2=1,9; sys2=tf(num2,den2); sys12=sys1*sys2; G=feedback(sys12,1); step(G)grid分析其峰值时间 tp、延迟时间 td、上升时间 tr、调节时间 ts及超调量,闭环系统的函数：125-s2 + 9 s + 125（1）峰值时间 G1=tf(125,1,9,1
14、25);y,t=step(G1);Y,K=max(y);tp=t(K)tp = 0.3031（2）延迟时间 td y,t=step(G1); c=dcgain(G); i=1; while y(i) td=t(i)td = 0.1049（3）上升时间 G1=tf(125,1,9,125); y,t=step(G1); c=dcgain(G); n=1; while y(n) tr=t(n)tr = 0.1632（4）调节时间 c=dcgain(G); i=length(t); while(y(i)0.98*c) y,t=step(G1); c=dcgain(G1); Y,K=max(y); a=(Y-c)/c
