自动控制原理课程设计题目.docx
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自动控制原理课程设计题目
自动控制原理课程设计题目及要求
一、单位负反馈随动系统的开环传递函数为
Gk(s)
s(0.1s1)(0.01s1)
1、画出未校正系统的Bode图,分析系统是否稳定
2、画出未校正系统的根轨迹图,分析闭环系统是否稳定。
3、设计系统的串联校正装置,使系统达到下列指标
(1)静态速度误差系数Kv>100s-1;
(2)相位裕量丫》30°
(3)幅频特性曲线中穿越频率3c>45rad/so
c、相
4、给出校正装置的传递函数。
5、分别画出校正前,校正后和校正装置的幅频特性图。
计算校正后系统的穿越频率3
位裕量丫、相角穿越频率3g和幅值裕量Kgo
6、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图,并进行分析。
7、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响(自由发挥)二、设单位负反馈随动系统固有部分的传递函数为
Gk(s)s(s1)(s2)
1、
2、
3、
画出未校正系统的Bode图,分析系统是否稳定。
画出未校正系统的根轨迹图,分析闭环系统是否稳定。
设计系统的串联校正装置,使系统达到下列指标:
(1)静态速度误差系数Kv>5s-1;
(2)相位裕量丫》40°
(3)幅值裕量Kg>10dBo
4、给出校正装置的传递函数。
C、相
5、分别画出校正前,校正后和校正装置的幅频特性图。
计算校正后系统的穿越频率3位裕量丫、相角穿越频率3g和幅值裕量Kgo
6、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图,并进行分析。
7、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响(自由发挥)
三、设单位负反馈系统的开环传递函数为
4
Gk(s)冇
1、
2、
3、
4、
画出未校正系统的根轨迹图,分析系统是否稳定。
设计系统的串联校正装置,要求校正后的系统满足指标:
闭环系统主导极点满足3n=4rad/s和E=o
给出校正装置的传递函数。
分别画出校正前,校正后和校正装置的幅频特性图。
计算校正后系统的穿越频率3
C、相
位裕量丫、相角穿越频率3g和幅值裕量Kgo
5、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图,并进行分析。
6、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响(自由发挥)
四、设单位负反馈系统的开环传递函数为
Gk(s)
1.06
s(s1)(s2)
1、画出未校正系统的根轨迹图,分析系统是否稳定。
2、设计系统的串联校正装置,要求校正后的系统满足指标:
(1)静态速度误差系数Kv=5s-1;
(2)维持原系统的闭环主导极点基本不变。
3、给出校正装置的传递函数。
C、
4、分别画出校正前,校正后和校正装置的幅频特性图。
计算校正后系统的穿越频率3位裕量丫、相角穿越频率3g和幅值裕量Kgo
5、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图,并进行分析。
6、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响(自由发挥)
五、单位负反馈随动系统的开环传递函数为
Gk(s)
s(0.1s1)(0.25s1)
画出未校正系统的Bode图,分析系统是否稳定画出未校正系统的根轨迹图,分析闭环系统是否稳定。
设计系统的串联校正装置,使系统达到下列指标
(1)静态速度误差系数Kv>4s-1;
(2)相位裕量丫》40°
(3)幅值裕量Kg》12dBoo
4、给出校正装置的传递函数。
5、分别画出校正前,校正后和校正装置的幅频特性图。
计算校正后系统的穿越频率3位裕量丫、相角穿越频率3g和幅值裕量Kgo
6、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图,并进行分析。
7、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响(自由发挥)
1、
2、
3、
C、
六、单位负反馈随动系统的开环传递函数为
Gk(s)s(0.1s1)(0.01s1)
画出未校正系统的Bode图,分析系统是否稳定画出未校正系统的根轨迹图,分析闭环系统是否稳定。
设计系统的串联滞后超前校正装置,使系统达到下列指标
(1)静态速度误差系数Kv>100s-1;
(2)相位裕量丫》40°
(3)幅频特性曲线中穿越频率3c=20rad/so
4、给出校正装置的传递函数。
5、分别画出校正前,校正后和校正装置的幅频特性图。
计算校正后系统的穿越频率3
位裕量丫、相角穿越频率3g和幅值裕量Kgo
1、
2、
3、
6、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图,并进行分析。
7、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响(自由发挥)
七、已知串联校正单位负反馈系统的对象和校正装置的传递函数分别为
Gp(s)s(s1)(s5)
Gc(s)y
校正装置在零点和极点可取如下数值:
门)Zc0.75,Pc7.5;
(2)Zc
Pc10;(3)Zc1.5,Pc
15。
若保证闭环主导极点满足E=,试分别对三
种情况设计KC,并比较它们的闭环极点位置、静态速度误差系数和时间响应快速性。
画出未校正系统的根轨迹图,分析系统是否稳定。
分别对三种情况设计KC,使校正后的系统满足指标:
闭环系统主导极点满足E=o
分别画出校正前,校正后和校正装置的幅频特性图和根轨迹示意图。
分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图,并进行分析。
应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响(自由发挥)
1、
2、
3、
4、
5、
八、设单位负反馈随动系统固有部分的传递函数为
Gk(s)
4K
s(s2)
1、
2、
3、
画出未校正系统的Bode图,分析系统是否稳定。
画出未校正系统的根轨迹图,分析闭环系统是否稳定。
设计系统的串联校正装置,使系统达到下列指标:
(1)静态速度误差系数Kv=20s-1;
(2)相位裕量丫》50°
(3)幅值裕量Kg>10dBo
4、给出校正装置的传递函数。
C、
5、分别画出校正前,校正后和校正装置的幅频特性图。
计算校正后系统的穿越频率3位裕量丫、相角穿越频率3g和幅值裕量Kgo
6、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图,并进行分析。
7、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响(自由发挥)
九、设单位负反馈系统的开环传递函数为
4
Gk(s)
1、画出未校正系统的根轨迹图,分析系统是否稳定。
2、设计系统的串联校正装置,要求校正后的系统满足指标:
(1)静态速度误差系数Kv=50s-1;
(2)闭环主导极点满足3n=5rad/s和E=。
3、给出校正装置的传递函数。
C、
4、分别画出校正前,校正后和校正装置的幅频特性图。
计算校正后系统的穿越频率3
位裕量丫、相角穿越频率3g和幅值裕量Kg。
5、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图,并进行分析。
6、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响(自由发挥)。
自动控制原理课程设计题目(08050541X)
十、单位负反馈随动系统的开环传递函数为(ksm1)
G0(s)s(0.1.s1)(0.001s1)
1、
2、
3、
画出未校正系统的Bode图,分析系统是否稳定画出未校正系统的根轨迹图,分析闭环系统是否稳定。
设计系统的校正装置,使系统达到下列指标
(1)在单位斜坡信号作用下,系统的稳态误差W
(2)超调量Mp<30%,调节时间Ts<秒。
(3)相角稳定裕度在Pm>45°,幅值定裕度Gm>20
4、分别画出校正前,校正后和校正装置的幅频特性图。
5、给出校正装置的传递函数。
计算校正后系统的剪切频率Wcp和穿频率Wcg。
6、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图,并进行分析。
7、在SIMULINK中建立系统的仿真模型,在前向通道中分别接入饱和非线性环节和回环非线性环节,观察分析非线性环节对系统性能的影响。
8、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响(自由发挥)
卜一、设单位反馈随动系统固有部分的传递函数为(
ksm2)
G0(s)
160(s10)
s(s4)(s5)(s20)
1、画出未校正系统的Bode图,分析系统是否稳定。
2、画出未校正系统的根轨迹图,分析闭环系统是否稳定。
3、设计系统的校正装置,使系统达到下列指标:
(1)在单位斜坡信号作用下,系统的稳态误差系数Kv=500
(2)超调量Mp<55%,调节时间Ts<秒。
(3)相角稳定裕度在Pm>20°,幅值定裕度Gm>30
4、分别画出校正前,校正后和校正装置的幅频特性图。
5、给出校正装置的传递函数。
计算校正后系统的剪切频率Wcp和穿频率Wcg。
7、在SIMULINK中建立系统的仿真模型,在前向通道中分别接入饱和非线性环节和回环非线性环节,观察分析非线性环节对系统性能的影响。
8、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响(自由发挥)
十二、一个位置随动系统如图所示(ksm3)
R(s)
位置随动系统
1255其中,自整角机、相敏放大GG)•,可控硅功率放大G2(s)
0.007s10.00167s1
23.98
一01执行电机G3(s)于,减速器G4(s)——。
0.0063s0.9s1s
1、画出未校正系统的Bode图,分析系统是否稳定。
2、画出未校正系统的根轨迹图,分析闭环系统是否稳定。
3、对系统进行超前-滞后串联校正。
要求校正后的系统满足指标:
(1)幅值稳定裕度Gm>18,相角稳定裕度Pm>35o
(2)系统对阶跃响应的超调量Mp<36%,调节时间Ts<秒。
(3)系统的跟踪误差Es<。
4、计算校正后系统的剪切频率Wcp和穿频率Wcs
5、给出校正装置的传递函数。
7、在SIMULINK中建立系统的仿真模型,在前向通道中分别接入饱和非线性环节和回环非线性环节,观察分析非线性环节对系统性能的影响。
(自由发挥)
十三、单位负反馈随动系统的开环传递函数为(
ksm4)
8、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响
Go(s)
s(s5)(s10)
(自由发挥)。
P309:
例6-7;6-8;6-9;P278:
例6-1;6-2;
ksm5)
Go(s)
s(s8)(s16)
500
1、画出未校正系统的Bode图,分析系统是否稳定。
2、画出未校正系统的根轨迹图,分析闭环系统是否稳定。
3、对系统进行串联校正。
要求校正后的系统满足指标:
(1)在单位斜坡信号作用下,系统的稳态误差<10%
(2)超调量Mp<20%,调节时间Ts<秒。
(3)幅值稳定裕度Gm>20,相角稳定裕度Pm>45o
4、计算校正后系统的剪切频率Wcp和穿频率Wcg。
5、给出校正装置的传递函数。
7、在SIMULINK中建立系统的仿真模型,在前向通道中分别接入饱和非线性环节和回环非线性环节,观察分析非线性环节对系统性能的影响。
8、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响(自由发挥)
卜六、一个位置随动系统如图所示(ksm6)
R(s)
位置随动系统
40
1255
其中,自整角机、相敏放大G(S),可控硅功率放大G2(s)
0.007s10.00167s1
101,减速器G5(S)——。
0.9s1s
2398
执行电机G3(s),拖动系统G4(s)
0.007s1
1、画出未校正系统的Bode图,分析系统是否稳定。
2、对系统进行串联校正,要求校正后的系统满足指标:
(1)在单位斜坡信号输入下,系统的速度误差系数
Kv=600s-1
幅值稳定裕度Gm>15。
Mp<35%
Wcp和穿频率Wcg。
十七、设单位反馈系统被控对象的传递函数为
Go(s)
Ko
s(s1)(s2)
(2)相角稳定裕度Pm>40o,
(3)系统对阶跃响应的超调量
3、计算校正后系统的剪切频率
4、给出校正装置的传递函数。
5、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图,并进行分析。
7、在SIMULINK中建立系统的仿真模型,在前向通道中分别接入饱和非线性环节和回环非线性环节,观察分析非线性环节对系统性能的影响。
8、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响(自由发挥)
1、画出未校正系统的根轨迹图,分析系统是否稳定。
=10。
2、对系统进行串联校正,要求校正后的系统满足指标:
(1)在单位斜坡信号输入下,系统的速度误差系数
(2)相角稳定裕度Pm>45o,幅值稳定裕度Gm>12。
Ts<15s
(3)系统对阶跃响应的超调量Mp<25%,系统的调节时间
3、分别画出校正前,校正后和校正装置的幅频特性图。
4、给出校正装置的传递函数。
计算校正后系统的剪切频率Wcp和穿频率Wcgo
5、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图,并进行分析。
7、在SIMULINK中建立系统的仿真模型,在前向通道中分别接入饱和非线性环节和回环非线性环节,观察分析非线性环节对系统性能的影响。
十八、设单位反馈系统被控对象的开环传递函数为
8、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响(自由发挥)
G0(s)s(0.1s1)(0.2s1)(ksm8)
1、画出未校正系统的根轨迹图,分析系统是否稳定。
2、对系统进行串联校正,要求校正后的系统满足指标:
(1)静态速度误差系数Kv=30
(2)相角稳定裕度Pm>35o,幅值稳定裕度Gm>12。
(3)超调量Mp<25%,调节时间Ts<7秒。
3、分别画出校正前,校正后和校正装置的幅频特性图。
4、给出校正装置的传递函数,。
5、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图,并进行分析。
7、在SIMULINK中建立系统的仿真模型,在前向通道中分别接入饱和非线性环节和回环非线性环节,观察分析非线性环节对系统性能的影响。
8、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响(自由发挥)
十九、设单位反馈系统的开环传递函数为
Go(s)
(S50)
(ksm9)s(s5)(s10)(s20)
1、画出未校正系统的根轨迹图,分析系统是否稳定。
2、对系统进行串联校正,要求校正后的系统满足指标:
(1)在单位斜坡输入下,稳态速度误差<1%(静态速度误差系数Kv=100)o
(2)相角稳定裕度Pm>40o,幅值稳定裕度Gm>15o
(3)在阶跃信号作用下,系统超调量Mp<30%,调节时间Ts<1秒。
3、分别画出校正前,校正后和校正装置的幅频特性图。
4、给出校正装置的传递函数。
5、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图,并进行分析。
6、分别画出系统校正前、后的的根轨迹图。
7、在SIMULINK中建立系统的仿真模型,在前向通道中分别接入饱和非线性环节和回环非线性环节,观察分析非线性环节对系统性能的影响。
8、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响(自由发挥)
1、画出未校正系统的根轨迹图,分析系统是否稳定。
2、对系统进行串联校正,要求校正后的系统满足指标:
(1)相角稳定裕度Pm>40o,幅值稳定裕度Gm>13。
(2)在阶跃信号作用下,系统超调量Mp<25%,调节时间Ts<秒。
3、分别画出校正前,校正后和校正装置的幅频特性图。
4、给出校正装置的传递函数。
5、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图,并进行分析。
6、分别画出系统校正前、后的的根轨迹图。
7、在SIMULINK中建立系统的仿真模型,在前向通道中分别接入饱和非线性环节和回环非线性环节,观察分析非线性环节对系统性能的影响。
8、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响(自由发挥)
二十^一、设单位反馈系统被控对象的开环传递函数为
G0(s)
(ksm11)
s(s1)(0.5s1)
1、画出未校正系统的根轨迹图,分析系统是否稳定。
2、对系统进行串联校正,要求校正后的系统满足指标:
(1)静态速度误差系数Kv=10
(2)相角稳定裕度Pm>50o,幅值稳定裕度Gm>15。
(3)超调量Mp<15%,调节时间Ts<5秒。
3、分别画出校正前,校正后和校正装置的幅频特性图。
4、给出校正装置的传递函数,。
5、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图,并进行分析。
6、在SIMULINK中建立系统的仿真模型,在前向通道中分别接入饱和非线性环节和回环非线性环节,观察分析非线性环节对系统性能的影响。
7、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响(自由发挥)
1、画出未校正系统的根轨迹图,分析系统是否稳定。
2、设计系统的反馈校正器H(s),要求校正后的系统满足指标:
(1)相角稳定裕度Pm>60o,幅值稳定裕度Gm>20o
(2)超调量Mp<20%,调节时间Ts<秒。
3、分别画出校正前,校正后和校正装置的幅频特性图。
4、给出校正装置的传递函数,。
5、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图,并进行分析。
6、在SIMULINK中建立系统的仿真模型,在前向通道中分别接入饱和非线性环节和回环非线性环节,观察分析非线性环节对系统性能的影响。
7、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响(自由发挥)
二十三、设单位反馈系统的开环传递函数为
125(s80)
G0(s)s(0.1s1)(0.00167s1)(s100)
1、画出未校正系统的根轨迹图,分析系统是否稳定。
2、对系统进行串联校正,要求校正后的系统满足指标:
(1)在单位斜坡输入下,稳态速度误差<1%o
(2)相角稳定裕度Pm>80o,幅值稳定裕度Gm>25o
(3)在阶跃信号作用下,系统超调量Mp<15%,调节时间Ts<
4、给出校正装置的传递函数。
5、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图,并进行分析。
6、分别画出系统校正前、后的的根轨迹图。
7、在SIMULINK中建立系统的仿真模型,在前向通道中分别接入饱和非线性环节和回环非线性环节,观察分析非线性环节对系统性能的影响。
8、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响(自由发挥)
24、.已知广义被控对象:
G(s)*1eTs
G(z)ZG(s)Z
1eTs
s(s
1)
(1z1)Z
1
s2(s1)
(1
z1)
1
z
7^172
(1z)
1
给定T=1s
ss(s1)
针对单位斜坡输入设计最小拍有纹波控制系统。
解:
由已知条件,被控对象含有一个积分环节,有能力产生单位斜坡响应。
求广义对象脉冲传递函数为
0.368z1(1
1)
解得c02,
C1
(z)z1(C0
⑴Co
Ci
Gz1)
2C1
0.718Z
(1z)(10.368z1)
可以看出,G(z)的零点为(单位圆内)、极点为1(单位圆上)、(单位圆内),故u=0,v=0(单位圆上除外),m=1。
根据稳定性要求,G(z)中z=1的极点应包含在①e(z)的零点中,由于系统针对等速输入进行设计,故P=2。
为满足准确性条件另有①e(z)=(1-z-1)2F1(z),显然准确性条件中已满足了稳定性要求,于是可设
闭环脉冲传递函数为
(2
1)
2z
D(z)
(z)
e(z)G(z)
e(z)1
5.435(1
(1
(z)(1
2
z
1)2
0.368z1)
丫⑵
R(z)⑵石
z严1
25、.计算机控制系统如图所示,
对象的传递函数
设计有限拍调节器
D(z).
Gc(z)
R(s)
D(z)
0.5z1)(1
)(10.718z1)
z1
z2)
G(s)
Ho(s)
2z23z34z4
采样周期
s(0.5s1)
T=,系统输入为单位速度函数,试
HG(z)
Y(z)
T-
y(s)
HG(Z)Z
14
(1"亦(1z
(1z1)严
(1z)(1z)
1
732!
TT
(1ez)
0.368(10.718Z')(1Z')(10.368Z')
Gc(z)(1z1)2求得的控制器的脉冲传递函数
Gc(Z)5.435(10.5Z)(10.368Z)
(1Z1)(10.718Z1)
(HG(Z)Ge(Z)3.已知某连续控制器的传递函数为
2
Dss22Jsn2
试用双线性变换法求出相应的数字控制器的脉冲传递函数D(Z)
并给出控制器的差分形式。
其中T=1So解:
令
12I-r"J—「
s二=2
Tm1+2-'
诚+4)二7+(2研-8)z~'++知芒+4
控制器的差分形式为
屮)+疋述rZ)+丢签三心2)
.(e(k}+2e(k-1)+c(A2))叫2叫;7I
26、单位速度反馈线性离散系统如图所示,设被控对象的传递函数为
G0(s)
——10——,采样周期T=,试设计
s(0.1s1)
单位速度输入时最少拍系统的数字控制器D(z)o
答:
⑴求G(z)o
G(z)
(1
z1)Z{[G0^]*}s
101
Ts
s20.1s1
=101
11
zs20.1s1
=101Z1
TZ1
将丁=代入上式,
101
0.368Z1
0.717Z1
G(z)
10.368Z
V是单位速度输入,
所以选择
二数字控制器为
2Z1
5.435
11
10.5Z10.368Z
10.717Z1
27、计算机控制系统如下图所示,设被控对象的传递函数Gc(S)
10
S(TmS1)
(Z)
G(Z)
*
>
零阶保持器Ghs
.Ts
1e“
已知:
s
Tm
0.025s,试针对等速输入函数设计快速有纹波系统,求数字控
制器的脉冲传递函数
D(z)。
1e
解:
G(s)
Ts
10
S(TmS
1)
将G(s)展开得
G(s)
10(1
Ts)
Tm
Tm
G(Z)
10(1
1)
Tz1
~172
(1z)
Tm
1Z1
Tm
1eT/Tmz1
代入T=Tm=
G(z)ThO.718:
1)
(1z1)(10.368Z1)
可以看出,G(z)的零点为(单位圆内)、极点为1(单位圆上)、(单位圆内),故u=0,v=1,m=1.根据稳定性要求,G(Z)
中z=1的极点应包含在
e(Z)的零点中,由于系统针对等速输入进行设计,
q=2。
为满足准确性条件,另有
(1
1)2
,显然准确性条件中已满足了稳定性要
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