自动控制原理 课程设计报告 范文.docx
- 文档编号:5189906
- 上传时间:2022-12-13
- 格式:DOCX
- 页数:24
- 大小:165.08KB
自动控制原理 课程设计报告 范文.docx
《自动控制原理 课程设计报告 范文.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《自动控制原理 课程设计报告 范文.docx(24页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
自动控制原理课程设计报告范文
一、课设的任务与要求
、课设的题目与问题
题目:
已知单位负反馈系统被控制对象的开环传递函数
问题:
1.分析系统单位阶跃响应的时域性能指标
2.当
时,绘制系统的根轨迹,分析系统的稳定性
3.对系统进行频域分析,绘制其Nyquist图及Bode图,确定闭环系统的稳定性
4.用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计,使系统满足如下动态及静态性能指标:
4.1设计串联校正满足下列性能指标
(1)在单位斜坡信号
作用下,系统的稳态误差
;
(2)系统校正后,相位裕量
。
4.2设计串联校正满足下列性能指标
(1)在单位斜坡信号
作用下,系统的稳态误差
;
(2)系统校正后,相位裕量
。
(3)系统校正后,幅值穿越频率
。
课设的范化要求
单位阶跃响应时域指标的分析:
绘制系统的单位阶跃响应曲线,利用曲线计算系统单位阶跃响应的时域性能指标,包括上升时间,峰值时间,调节时间,超调,振荡次数
根据Matlab相关命令绘制系统的根轨迹,通过根轨迹分析系统的稳定性
根据Matlab相关命令绘制系统的Nyquist图和Bode图,由图分析系统的稳定性及稳定裕度
按如下步骤,利用频率域串联校正方法对系统进行的串联校正设计:
(1)根据要求的稳态品质指标,求系统的开环增益值;
(2)根据求得的值,画出校正前系统的Bode图,并计算出幅值穿越频率、相位裕量(要求利用MATLAB软件编程进行辅助设计),以检验性能指标是否满足要求。
若不满足要求,则执行下一步;
(3)画出串联校正结构图,分析并选择串联校正的类型(超前、滞后和滞后-超前校正)。
(若可以采用多种方法,分别设计并进行比较)
(4)确定校正装置传递函数的参数;
(5)画出校正后的系统的Bode图,并校验系统性能指标(要求利用MATLAB软件编程进行辅助设计)。
若不满足,跳到第(4)步。
否则进行下一步。
(6)提出校正的实现方式及其参数。
(要求实验实现校正前、后系统并得到的校正前后系统的阶跃响应)
(7)若采用不同串联校正方法进行设计,比较不同串联校正方法的特点。
(稳定性、稳态性能、动态性能和实现的方便性的比较)
二、设计正文
、第一问
1-1题目的处理
设
K=10时
K*=100
GK=100/[s(s+1)]
G=100/[s^2+10s+100]
1-2题目的代码
在MATLAB中运行以下代码:
GK=tf([100],[1100]);
G=tf([100],[110100]);
step(G)
Wn=10;
Kexi=10/(2*Wn);
Beta=acos(Kexi);
Wd=Wn*sqrt(1-Kexi^2);
Tr=(pi-Beta)/Wd;
Tp=pi/Wd;
Ts=4.4/(Kexi*Wn);
Ct=exp(-pi*Kexi/sqrt(1-Kexi^2))*100;
1-3运行的的结果
Transferfunction——G:
100
-----------------------
s^2+10s+100
Wn=
10
Kexi=
0.5000
Beta=
1.0472
Wd=
8.6603
Tr=
0.2418
Tp=
0.3628
Ts=
0.8800
Ct=
16.3034
1-4比较
以上数据与图中数据相吻合
、第二问
2-1题目的处理
GK=
K*
-------------
s^2+10s
分K*>0和K*<0两项
2-2题目的代码
在MATLAB中运行以下代码:
当K*>0时;
num=[1];
den=[1100];
rlocus(num,den);
[Kp]=rlocfind(num,den)
title(‘ROOTLOCUS’);
K*<0时
num=[-1];
den=[1100];
rlocus(num,den);
[K*p]=rlocfind(num,den);
2-3运行的结果
K*=72.8796即K=7.28396
p=-14.89344.8934
K>0
K<0
2-4结论
由图可看出K*>0即K>0可满足系统稳定;
由图可看出K*<0即K<0时,系统不稳定
、第三问
3-1题目的处理
由以上可知K>0时,系统都稳定
故设K=10,K*=100;
则GK=100/[s(s+10)];
3-2题目的代码
在MATLAB中代码为:
num=[100];
den=[1100];
[magphasew]=bode(num,den)
margin(mag,phase,w)
nyquist(num,den)
grid
3-3运行的结果
3-4结论
根据nyquist稳定判据,R=0,P=0,Z=0
可知系统稳定
、第四问
第四问中的第一小题
4-1-1题目的分析
由单位斜坡信号作用下
<=0.01得出K=100
GK=100/[s(0.1s+1)];
先做出未校正前的相关图形;
4-1-2题目的代码
Gk=tf([100],[0.110]);
G=feedback(Gk,1);
step(G)
num1=[100];
den1=[0.110];
figure
(1);
[mag1,phase1,w]=bode(num1,den1);
margin(mag1,phase1,w)
4-1-3运行结果
看图可知不满足相位裕度>45
(图见附录)
4-1-4系统的校正
4-1-4-1超前校正
4-1-4-1-1问题的计算
由计算可得T=0.04sa=3.36;
Gc=(0.s+1)/(0.04s+1);
结构图
原理图
4-1-4-1-2题目的代码
代码;
Gk=tf(num0,den0);
G=feedback(Gk,1);
step(G)
代码;
num2=[0.0311];
den2=[0.0621];
num0=conv(num2,num1);
den0=conv(den2,den1);
[mag0,phase0,w]=bode(num0,den0);
figure;
margin(mag0,phase0,w)
4-1-4-1-3运行的结果
(图见附录)
4-1-4-2滞后校正
4-1-4-2-1问题的计算
计算可得T=11.87b=0.104;
Gc=(1+1.23s)/(1+11.87s)
结构图
原理图
4-1-4-2-2问题的代码
figure
num3=[1.231];
den3=[11.871];
num4=conv(num3,num1);
den4=conv(den3,den1);
[mag4,phase4,w]=bode(num4,den4);
margin(mag4,phase4,w);
由代码
Gk=tf(num4,den4);
G=feedback(Gk,1);
step(G)
4-1-4-2-3运行的结果
(图见附录)
第四问中的第二小题
4-2-1题目的分析
由题在单位斜坡信号作用下,系统的稳态误差<=0.005得出K=200;
GK=200/[s(0.1s+1)];
先做出未校正前的相关图形;
4-2-2题目的代码
由代码
Gk=tf([200],[0.110]);
G=feedback(Gk,1);
step(G)
由代码
num1=[200];
den1=[0.110];
[mag1,phase1,w]=bode(num1,den1);
margin(mag1,phase1,w)
4-2-3运行的结果
(图见附录)
4-2-4系统校正
4-2-4-1超前校正
4-2-4-1-1题目的计算
由计算可得T=0.016sa=1.63;
Gc=(1+0.026s)/(1+0.016s);
结构图
原理图
4-2-4-1-2题目的代码
由代码
num2=[0.0261];
den2=[0.0161];
num0=conv(num2,num1);
den0=conv(den2,den1);
[mag0,phase0,w]=bode(num0,den0);
figure;
margin(mag0,phase0,w);
由代码
Gk=tf(num0,den0);
G=feedback(Gk,1);
step(G)
4-2-4-1-3运行的结果
(见附录)
4-2-4-2滞后校正
4-2-4-2-1问题的分析
计算可得T=23.52b=0.052;
Gc=(1+1.22s)/(1+23.52s)
结构图
原理图
4-2-4-2-2问题的代码
由代码
Figure
num3=[1.221];
den3=[23.521];
num4=conv(num3,num1);
den4=conv(den3,den1);
[mag4,phase4,w]=bode(num4,den4);
margin(mag4,phase4,w);
由代码
Gk=tf(num4,den4);
G=feedback(Gk,1);
step(G)
4-2-4-2-3运行的结果
(见附录)
4-2-4-3滞后—超前校正
4-2-4-3-1问题的分析
计算可得Tb=0.1
=50a=40
=0.51rad/s
Gc=[(1+1.28s)(1+0.1s)]/[(1+5.02s)(1+0.03s)];
结构图
原理图
4-2-4-3-2问题的代码
由代码
num5=conv([201],[0.11]);
den5=conv([78.41],[0.00251]);
num6=conv(num5,num1);
den6=conv(den5,den1);
[mag6,phase6,w]=bode(num6,den6);
figure
margin(mag6,phase6,w);
由代码
Gk=tf(num6,den6);
G=feedback(Gk,1);
step(G)
4-2-4-3-3运行的结果
(见附录)
三、附录
第一问
在MATLAB中运行以下代码:
GK=tf([100],[1100]);
G=tf([100],[110100]);
step(G)
Wn=10;
Kexi=10/(2*Wn);
Beta=acos(Kexi);
Wd=Wn*sqrt(1-Kexi^2);
Tr=(pi-Beta)/Wd;
Tp=pi/Wd;
Ts=4.4/(Kexi*Wn);
Ct=exp(-pi*Kexi/sqrt(1-Kexi^2))*100;
第二问
K>0
K<0
第三问
第四问
第一题
未校正的单位阶跃响应图
未校正前的BODE图
超前校正
可得校正后的BODE图
可得超前校正后的单位阶跃响应图
滞后校正
可得校正后的BODE图
可得滞后校正后的单位阶跃响应图
第二题
未校正的单位阶跃响应图
可得未校正前的BODE图
超前校正
可得校正后的BODE图
可得超前校正后的单位阶跃响应图
滞后校正
可得校正后的BODE图
可得滞后校正后的单位阶跃响应图
滞后—超前校正
可得超前—滞后校正后的单位阶跃响应图
四、总结
在学校过程中收获颇多,特别是软件的运用。
五、参考文献
《自动控制原理》胡寿松科学出版社
- 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:
- 自动控制原理 课程设计报告 范文 自动控制 原理 课程设计 报告
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)