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1、自动化专业课程设计报告自动控制原理设计班级：自动化101班姓名：许 明学号：1005130116时间：2012年12月17-21日地点：实验楼17实验室指导教师：崔新忠自动化教研室自动控制课程设计一、课程设计题目已知单位反馈系统开环传递函数如下:G (s )=Oks (s + 2.8 )(s + 0.8 )试设计滞后校正环节，使其校正后系统的静态速度误差系数Kv - 6，系统阻尼比 二0.307，绘制校正前后系统的单位阶跃响应曲线，开环Bode图和闭环Nyquist 图。二、课程设计目的1. 通过课程设计使学生更进一步掌握自动控制原理课程的有关知识，加深 对内涵的理解，提高解决实际问题的能力。
2、2. 理解自动控制原理中的关于开环传递函数，闭环传递函数的概念以及二 者之间的区别和联系。3. 理解在自动控制系统中对不同的系统选用不同的校正方式，以保证得到 最佳的系统。4. 理解在校正过程中的静态速度误差系数，相角裕度，截止频率，滞后角 频率，分度系数，时间常数等参数。5. 学习MATLAB在自动控制中的应用，会利用MATLAB提供的函数求出所需要得到 的实验结果。三、课程设计内容1.已知单位反馈系统开环传递函数如下：G (s)= ()7)s (s + 2.8 )(s + 0.8 )试设计滞后校正环节，使其校正后系统的静态速度误差系数Kv - 6，系统阻尼比二0.307，绘制校正前后系统的
3、单位阶跃响应曲线，开环Bode图和闭环Nyquist 图。假定此时的系统的静态速度误差系数是符合要求的，即：Kv - 6则有：K = lim sG (s)H (s )V=lim S G0(s)H (s )s T 0k=lim T7T .、 、.-642024Real Axis对应代码： num=13.44; den=1,3.6,2.24,0; rlocus(num,den); grid;3）校正前博德图Figure 1口 回 iFile Edit View Insert Tools Deslctop Window 旦Ipd 已 n fe n v | a | s | pffisep 启 UBml
4、qmap)OJcfiIBL-dBo-de DiagramGm = -4.44 dIB (at 1.5 rad/sec), Pm = -11.6 deg (at 1.91 radysec)10_110Frequency (rad/sec)101o -271010对应代码： num=13.44; den=1 3.6 2.24 0; sys=tf(num,den); margin(sys)hold ongridhold off由图中可得：截止频率Wc=1.91相角裕度y=T1.6幅值裕度h=-4.444）校正前奈斯图Figure 1File Edit View Insert Tools Deskto
5、p Vmdow 旦 mlp d Q te观坠黔毀摇丁凰B 0Nyquist Diagram-2 IHLXV 芒 mu 一mEE-012S4Real Axis-2其相应代码：num=13.44;den=1 3.6 2.24 13.44;nyquist(num,den) title（校正前奈奎斯特图）四、校正装置设计(1)参数的确定在系统前向通路中插入一个相位滞后的校正装置，确定校正装置传递函数。厂 _ 0 307 E，-；W0.01 Y 取厂=30.7, 般取p c (Wc )=-6。-14由 y = y通过y ( Wc )可求得Wc =0.597根据20lgb+L( Wc )=0, V bt
6、_ 0.2Wc 确定滞后网络参数b和T： b=0.127,T=65.95即校正装置传递函数为:八 1+ 8.38sG=1 + 65.95 s(Wc )+ p c (Wc )，取p c (Wc )=-10，计算得y (Wc ) =40.7 ,校正后的传递函数为:G(S)_13.441 + 8.38ss(s + 2.8)(s + 0.8) 1 + 65.95 s13.44 +112 .6272 s65.95 s人4 + 238 .42 sA3 + 151 .328 sA2 + 2.24 s校正后的单位阶跃图 num二13.44;den=1 3.6 2.24 0;sys1 二tf( num,den)
7、;num1二8.38 1;den1=65.95 1; sys2=tf( num1,den1);sys3=sys1*sys2;sys4=feedback(sys3 ,1);t=0:0.1:45;st ep(sys4 ,t)从阶跃响应图中可以看到，系统此时稳定H Figure 1| 回3）校正后的博德图 S H fe饨鱼紗毀摇于凰 g a Bode DiagramGm = 11.& dB (at 1 ,S7 rad/sec), Pm = 31 deg (at 0.6QS rad/sec)50To oSo9OSIDS口wELIdM TI _ J - L 1 L J 1l-l-i-L U JJ_ L
8、J JU 丄i- -i- 1丄 Ui_ L L LU UL J.J-L50o-50Q w-27-2 -11Q1Q0 1 2 1Q1Q1QFrequency (rad/sec)相应代码； num=13.44; den=1 3.6 2.24 0; sys1=tf(num,den); num1=8.38 1; den1=65.95 1; sys2=tf(num1,den1); sys3=sys1*sys2; margin(sys3) grid相角裕度=35.5幅值裕度=12.5db4）校正后的奈氏图 Q fe爲鱼紗毀摇，层 g . qNyquist DiagramQ0.5Real Axis1o,5o
9、.,5-O. w盪芒 ELnmcnuu-1.5.5-O.-21校正后奈氏图代码：num=112.627213.44;den=65.95 238.42 151.328 114.867 13.44; nyquist(num,den)5)校正后的根轨迹图根轨迹代码：num=221.76 13.44;den=127.15 458.74 252.416 224 13.44;rlocus(num,den);grid;Real .AxisBl Figure 1File Edit View Insert Tools Desktop Window 旦olpnad隹电紳遷摇层口因 o五、总结通过这次对控制系统的滞
10、后校正设计的分析，让我对串联滞后校正环节 有了更清晰的认识，同时也学会了公式编辑器的基本使用方法，加深了对课本知 识的进一步理解。在这次课程设计的过程中，虽然开始有不少知识不是很了解，但通过查找资 料以及咨询同学和老师，最后都得到了解决，在寻找答案的过程中，我学到了很 多平时缺少的东西，也使我深深认识到认真学习的重要性，平时看似不起眼的一 些知识点在关键时刻却有着重要的作用。同时，这次课程设计让我接触到Matlab软件，用它对控制系统进行频域 分析，大大简化了计算和绘图步骤，计算机辅助设计已经成为现在设计各种系 统的主要方法和手段，因此熟练掌握各种绘图软件显得尤为重要。在今后的学 习中，我会发
11、挥积极主动的精神，把所学知识与实践结合起来，努力掌握 Autocad、Matlab等相关软件的使用方法。在这次课程设计过程，也让我深深地体会团队精神的重要性。从课程设计 的入手到最后分析，对于一个人来说可能是个不小的挑战，注意到每个细节更 是不易，我们班的各位同学在独立思考的基础上，遇到难题互相帮助，使各种 难题得到了解决。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，仅有理论知 识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结 论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。 在设计过程中遇到的问题是很多的，但我想难免会遇到这样或那样的问题，同 时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深 刻，掌握得不够牢固通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重 新温故。八、参考文献1控制系统计算机仿真与辅助设计任兴权 姚建宇 徐心和 马先编著 东 北工业出版社自动控制原理孟华 编著 机械工业出版社3、控制系统设计
