昆明学院课程教学设计报告.docx
- 文档编号:25594127
- 上传时间:2023-06-10
- 格式:DOCX
- 页数:26
- 大小:174.51KB
昆明学院课程教学设计报告.docx
《昆明学院课程教学设计报告.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《昆明学院课程教学设计报告.docx(26页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
昆明学院课程教学设计报告
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2014级2班
设计者:
学号:
指导教师:
设计时间:
2016.12.12——2016.12.16
昆明学院课程设计(大作业)任务书
姓名:
张荣辉院(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:
201404170108
任务起止日期:
第十五周(2016年12月12日——2016年12月16日)
课程设计题目:
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(2016.12.12——2016.12.16)内完成规定的题目。
1:
2016.12.12
明确注意事项,完成题目1、2。
2:
2016.12.13
完成题目3、4、5。
3:
2016.12.14
完成题目6、7、8。
4:
2016.12.15
完成题目9、10。
5:
2016.12.16
完成题目11,打印并提交课程设计报告。
指导教师签字
2016年12月8日
课程设计(大作业)成绩
学号:
201404170108姓名:
张荣辉指导教师:
杨祖元
课程设计题目:
自动控制系统建模、分析及校正
总结:
本次课程设计令我受益匪浅,在实验的过程中我明白到书本知识的重要性.要对书本的知识有比较深刻的了解才能对传递函数进行设计。
这次的课程设计让我知道亲自动手操作是远比自己想象的复杂的,因为在这过程中会出现很多问题并需要自己解决,不过只有这样才能更好地提高自己。
虽然在这过程中曾经感到过不适,然而,在一步一步的改进中走向成功的那种感觉是无比的兴奋的。
只有通过实践才能更加深入地去了解它的工作原理,才可以更好地发现问题,可以很好地锻炼自己的动手能力和应变能力。
这个过程是使人快乐和兴奋的。
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
1.用matlab语言编制程序,实现以下系统:
num=4*conv([1,2],conv([1,6,6],[1,6,6]));
den=conv([1,0],conv([1,1],conv([1,1],[1,3,2,5])));
sys=tf(num,den)
Transferfunction:
4s^5+56s^4+288s^3+672s^2+720s+288
-----------------------
s^6+5s^5+9s^4+12s^3+12s^2+5s
1)
2)
num=[5,24,0,18];
den=[1,4,6,2,2];
sys=tf(num,den)
Transferfunction:
5s^3+24s^2+18
----------------------
s^4+4s^3+6s^2+2s+2
2.两环节G1、G2串联,求等效的整体传递函数G(s)
解:
G1=tf(2,[1,3]);
G2=tf(7,[1,2,1]);
G=G1*G2
Transferfunction:
14
---------------------
s^3+5s^2+7s+3
3.两环节G1、G2并联,求等效的整体传递函数G(s)
解:
G1=tf(2,[1,3]);
G2=tf(7,[1,2,1]);
G=parallel(G1,G2)
Transferfunction:
2s^2+11s+23
---------------------
s^3+5s^2+7s+3
4.已知系统结构如图,求闭环传递函数。
其中的两环节G1、G2分别为
解:
负反馈
程序:
G1=tf([3,100],[1,2,81]);
G2=tf(2,[2,5]);
sys=feedback(G1,G2,-1)
Transferfunction:
6s^2+215s+500
----------------------------------
2s^3+9s^2+178s+605
正反馈
程序:
G1=tf([3,100],[1,2,81]);G2=tf(2,[2,5]);sys=feedback(G1,G2,+1)
Transferfunction:
6s^2+215s+500
---------------------------------
2s^3+9s^2+166s+205
5.已知某闭环系统的传递函数为
,求其单位阶跃响应曲线,单位脉冲响应曲线。
解:
(1)单位阶跃响应
1)程序:
sys=tf([10,25],[0.16,1.96,10,25]);
step(sys)
2)单位阶跃响应曲线:
(2)单位脉冲
1)程序:
sys=tf([10,25],[0.16,1.96,10,25]);
impulse(sys)
2)单位脉冲曲线
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;分析阻尼比分别为–0.5、–1时系统的稳定性。
解:
(1)分析
分别取-2、0、2、4、6、8、10时该系统的单位阶跃响应曲线
1)W=2,4,6,8,10时
程序:
w=0:
2:
10;
kosai=0.5;
figure
(1)
holdon
forWn=w;
num=Wn^2;
den=[1,2*kosai*Wn,Wn^2];
step(num,den)
end
gridon
title('单位阶跃响应¦')
xlabel('时间')
ylabel('振幅')
(从右到左分别为2,4,6,8,10的单位阶跃响应曲线)
2)W=-2时
程序:
w=-2
kosai=0.5;
figure
(1)
Wn=w
num=Wn^2;
den=[1,kosai*Wn,Wn^2];
step(num,den)
gridon;
title('单位阶跃响应')
xlabel('时间')
ylabel('振幅')
w=-2
Wn=-2
(2)分析阻尼比分别为-0.5,-1时系统的稳定性。
1)当ζ=-0.5时程序为:
w=-2:
2:
10;
kosai=0.5;
holdon
forWn=w
den=[1,2*kosai*Wn,Wn^2];
v=roots(den)
end
运行结果为:
v=
-1.0000+1.7321i
-1.0000-1.7321i
v=
-2.0000+3.4641i
-2.0000-3.4641i
v=
-3.0000+5.1962i
-3.0000-5.1962i
v=
-4.0000+6.9282i
-4.0000-6.9282i
v=
-5.0000+8.6603i
-5.0000-8.6603i
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ζ=-1时
程序:
clear
w=-2:
2:
10;
kosai=-1;
holdon
forWn=w
den=[1,2*kosai*Wn,Wn^2];
v=roots(den)
end
运行结果为:
v=
-2
-2
v=
0
0
v=
2
2
v=
4
4
v=
6.0000+0.0000i
6.0000-0.0000i
v=
8
8
v=
10
10
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.设有一高阶系统开环传递函数为
,试绘制该系统的零极点图和闭环根轨迹图。
解:
1)、绘制系统极点、零点图
2)、绘制根轨迹图
3)、程序:
G=tf([0.016,0.218,1.436,9.359],[0.06,0.268,0.635,6.271])
Transferfunction:
0.016s^3+0.218s^2+1.436s+9.359
-----------------------------------------
0.06s^3+0.268s^2+0.635s+6.271
pzmap(G);title('零极点图')
程序:
>>rlocus(G);grid;title('闭环根轨迹图')
8.单位反馈系统前向通道的传递函数为:
,试绘制该系统的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:
1)、Bode图
程序:
num=[2,8,12,8,2];
den=[1,5,10,10,5,1];
bode(num,den)
grid
2)、Nyquist图
程序:
num=[2,8,12,8,2];
den=[1,5,10,10,5,1];
Nyquist(num,den)
v=[-2,2,-2,2];
axis(v)
grid
title('NyquistÇúÏß')
软件绘制曲线与手动绘制曲线的异同:
软件绘制曲线能准确的显示函数的图像,有利于分析计算。
手动绘制曲线是采用对数幅频渐进线的方法得到。
这种方法省去了逐点连线的繁琐,有利于分析系统稳定性等方面的问题。
9.已知某控制系统的开环传递函数
,试绘制系统的开环频率特性曲线,并求出系统的幅值与相位裕量。
解:
对数幅相特性图(Nichols图)是描述系统频率特性的图示方法。
该图纵坐标表示频率特性的对数幅值,以分贝为单位;横坐标表示频率特性的相位角。
程序:
z=[];p=[0,-1,-2];k=[1.5];sys=zpk(z,p,k)
Zero/pole/gain:
1.5
----------------
s(s+1)(s+2)
(1)、开环频率特性曲线
程序:
nichols(sys);title('开环频率特性曲线')
(2)、系统的幅值与相位裕量
程序[Gm,Pm,Wcg,Wcp]=margin(sys)
Gm=
4.0000
Pm=
41.5334
Wcg=
1.4142
Wcp=
0.6118
10.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:
(1)K=108时的仿真模型
(2)、示波器显示单位阶跃响应曲线
(3)、时域分析
从仿真示波器中的波形可以看出该二阶系统可近似看成是一阶系统
G1=tf(1,[1,0]);
G2=tf(108,[1,9]);
G3=tf(1,1);
G4=series(G1,G2);
G=feedback(G4,G3,-1)
Transferfunction:
108
---------------
s^2+9s+108
绘制单位阶跃响应曲线
程序:
G1=tf(1,[1,0]);
G2=tf(108,[1,9]);
G3=tf(1,1);
G4=series(G1,G2);
G=feedback(G4,G3,-1)
step(G);title('单位阶跃响应')
1)峰值时间tp:
程序:
G1=tf(108,[1,9,108]);
[y,t]=step(G1);
[y,k]=max(y);
tp=t(k)
tp=
0.3381
2)延迟时间td
程序:
G1=tf(108,[1,9,108]);
[y,t]=step(G1);
c=dcgain(G);
i=1;
whiley(i)<0.5*c
i=i+1;
end
td=t(i)
td=
0.1282
(3)上升时间tr
程序:
G1=tf(108,[1,9,108]);
[y,t]=step(G1);
c=dcgain(G);
n=1;
whiley(n) n=n+1; end tr=t(n) tr= 0.2215 (4)调节时间ts 程序: G1=tf(108,[1,9,108]); [y,t]=step(G1); c=dcgain(G); i=length(t); while(y(i)>0.98*c)&(y(i)<1.02*c) i=i-1; end ts=t(i) ts= 0.8044 (5)超调量a 程序: G1=tf(108,[1,9,108]); [y,t]=step(G1); c=dcgain(G1); [Y,K]=max(y); a=(Y-c)/c a= 0.2210 *11.给定系统如下图所示,试设计一个串联校正装置,使截止频率ωc=40rad/s、相位裕度γ≥45º 解: (1)、原系统的幅值裕度和相位裕度 程序G=tf(100,[0.04,1,0]); [Gw,Pw,Wcg,Wcp]=margin(G); [Gw,Pw,Wcg,Wcp]=margin(G) Gw= Inf Pw= 28.0243 Wcg= Inf Wcp= 46.9701 Gw= Inf Pw= 28.0243 Wcg= Inf 可以看出,这个系统有无穷大的幅值裕量,并且其相位裕量Pw=28.0243o,幅值穿越频率Wcp=46.9701rad/sec。 (2)、引入一个串联超前校正装置: (3)、矫正后的开环传递函数 程序: G1=tf(100,[0.04,1,0]);%校正前的开环传递函数 G2=tf(100*[0.025,1],conv([0.04,1,0],[0.01,1]))%校正后的开环传递函数 Transferfunction: 2.5s+100 ------------------------- 0.0004s^3+0.05s^2+s (4)、Bode图(校正前用实线,校正后用虚线) 程序: bode(G1);hold;bode(G2,'--');grid Currentplotheld (5)、阶跃响应曲线(校正前用实线,校正后用虚线) 程序: G3=feedback(G1,1); G4=feedback(G2,1); step(G3);hold;step(G4,'--') Currentplotheld 可以看出,在这样的控制器下,校正后系统的相位裕量由28o增加到48o,调节时间减小了。 系统的性能有了明显的提高,满足了设计要求。 心得体会: 本次课程设计令我受益匪浅,在实验的过程中我明白到书本知识的重要性,要对书本的知识有比较深刻的了解才能对传递函数进行设计。 当对书本知识有一定的了解后,就会考验到自己的动手能力,只有经过实践才能把知识理解得更透彻,在做这个课程设计的过程中使我不断地对MATLAB语言有了更加深刻的了解。 在做课程设计的时候也遇到了之前没有预料到的事。 由于刚开始对MATLAB仿真软件并不是很熟悉,所以刚上手的时候有点笨手笨脚的,有不会调节参数,不会写程序等情况,只能不断地进行测试,试图找出原因,最终做出了要求的输出曲线。 在这过程中,使我印象深刻,我深刻地体会到实践的重要性,因为不通过实践是无法检验出到底是正确还是错误的。 虽然并不是在实际社会中操作的,但是可以亲自设计让自己对知识的程度得到了大幅度的提升。 只有通过实践才能更加深入地去了解它的工作原理,才可以更好地发现问题,可以很好地锻炼自己的动手能力和应变能力。 这次的课程设计让我知道亲自动手操作是远比自己想象的复杂的,因为在这过程中会出现很多问题并需要自己解决,不过只有这样才能更好地提高自己。 虽然在这过程中曾经感到过不适,然而,在一步一步的改进中走向成功的那种感觉是无比的兴奋的。 当自己的努力得到回报时那种心情是难以形容的,而且这样更加增加了自己的兴趣。 参考文献: [1]程鹏.第二版自动控制原理北京: 高等教育出版社,2009,09 [2]黄忠霖.自动控制原理的MATLAB实现北京: 国防工业出版社,2006,10 [3]张德丰.MATLAB自动控制系统设计北京: 机械工业出版社,2010,01
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 昆明 学院 课程 教学 设计 报告
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)