3自控课设汇总.docx

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3自控课设汇总

摘      要

在现代科学技术的众多领域中，自动控制技术起着越来越重要的作用，而自动控制理论是自动控制科学的核心。

自动控制理论自至今已经过了三代的发展。

现代控制理论已广泛应用于制造业、农业、交通、航空及航天等众多产业部门。

自动控制理论从线性近似到非线性系统的研究取得了新的成就，借助微分几何的固有非线性框架来研究非线性系统的控制，已成为目前重要研究方向之一。

在控制技术需求推动下，控制理论本身也取得了显著进步。

为了实现各种复杂的控制任务首先要将被控制对象和控制装置按照一定的方式连接起来，组成一个有机整体，这就是自动控制系统。

本次课程设计是利用滞后-超前校正网络来校正系统以改善系统性能，首先应该根据原有系统和初始条件要求来确定校正系统，然后利用MATLAB分析校正后的系统是否达到要求以及其性能。

关键字：

自动控制  matlab  滞后-超前校正 系统分析

目      录

1.设计目的与要求1

1.1目的1

1.2要求1

1.3原理1

2.设计计算与分析2

2.1计算满足初始条件的最小K值2

2.2MATLAB作出满足初始条件的最小K值的系统伯德图2

3.确定校正网络传递函数3

4.校正前后系统的根轨迹绘制5

4.1校正前系统根轨迹绘制5

4.2校正后系统根轨迹绘制6

5.校正前后系统仿真分析7

5.1校正前系统阶跃响应7

5.2校正后系统阶跃响应8

6.小结9

转子绕线机控制系统的串联滞后超前校正设计

1.设计目的与要求

1.1目的

滞后校正在一定的条件下，,能使系统同时满足动态和静态的要求，因此通过对已知系统的分析与计算，增加一滞后超前校正装置，来求得适合的参数最优化系统性能。

1.2要求

初始条件：

用matlab软件完成相应的设计与模拟，并且要求系统的静态速度误差系数

，

。

1.3原理

校正就是在系统不可变部分的基础上，加入适当的校正元件，使系统满足给定的性能指标。

常用的方法有超前校正，滞后校正和滞后-超前校正。

 超前校正的基本原理就是利用超前相角补偿系统的滞后相角，改善系统的动态性能，如增加相角裕度，提高系统稳定性能等。

但是串联超前校正给系统中频段增加理论上不超过90，实际上一般不超过65的相角，提高系统的稳定裕度，但降低了抗干扰性能（高频）。

 滞后校正的基本原理是利用滞后网络的高频幅值衰减特性使系统截止频率下降，从而使系统获得足够的相角裕度。

串联滞后校正降低系统的截止频率，提高系统的相角裕度，但降低了快速性。

（带宽减小降低快速性） 在系统响应速度要求不高而抑制噪声电平性能要求较高的情况下，可以考虑采用串联滞后校正。

此外，如果待校正系统已具备满意的动态性能，仅稳态性能不能满足指标要求，也可以采用串联滞后校正以提高系统的稳态精度，同时保持其动态性能仍 然满足性能指标要求。

2.设计计算与分析

2.1计算满足初始条件的最小K值

因为

所以K的最小值：

K=900.

2.2MATLAB作出满足初始条件的最小K值的系统伯德图

程序的代码如下：

n=900； 

d=[1,20,75,0]；

g1=tf（n,d）

[mag,phase,w]=bode（g1）

margin（g1）

运行后可得系统校正前伯德图如下：

由图可知幅值裕度为：

h=4.44dB；

由图可知相角裕度为：

γ（校正前）=13.3°；

3.确定校正网络传递函数

设滞后—超前校正网络的传递函数为：

1）选择校正后截止频率:

取φ=-180°处的截止频率为校正后的系统截止频率，即

。

2）确定校正参数a：

先计算需要补偿的相角：

再计算a：

3）计算Ta：

由解得：

Ta=1.155s

4）计算Tb：

由

即

解得Tb=0.26s.

所以可以得到滞后—超前校正网络的传递函数为：

绘制校正后的系统伯德图：

程序的代码如下：

n=900;

d=[1,20,75,0];

g1=tf（n,d）;

n2=conv（[1.1551],[2.881]）;

d2=conv（[11.551],[0.0261]）;

g2=tf（n2,d2）;

g=g1*g2;

[mag,phase,w]=bode（g）;

margin（g）

由图可知校正后的相角裕度为：

γ=51.5°>50°符合要求。

4.校正前后系统的根轨迹绘制

4.1校正前系统根轨迹绘制

用Matlab绘制校正前系统根轨迹，程序如下所示：

程序的代码如下：

n=900;

d=[1,20,75,0];

rlocus（n,d）

得到如图4-1的根轨迹：

图4-1.校正前系统根轨迹

4.2校正后系统根轨迹绘制

用Matlab绘制校正后系统根轨迹，程序如下所示：

程序的代码如下：

n=conv（[1039.5900],[0.261]）;

d=conv（[11.551],conv（[0.0261],conv（[10],conv（[15],[115]））））;

rlocus（n,d）

得到如图4-2的根轨迹：

图4-2.校正后系统根轨迹

5.校正前后系统仿真分析

5.1校正前系统阶跃响应

构建校正前系统模型，如图5-1所示：

图5-1.校正前系统模型

仿真结果如图5-2所示：

图5-2.校正前系统仿真结果

5.2校正后系统阶跃响应

构建校正后系统仿真模型，如图5-3所示：

图5-3.校正后系统模型

仿真结果如图5-4所示：

图5-4.校正后系统仿真结果

6.小结

通过此次课程设计学习，让我对一些重要软件的操作也有了很大的提高，在此次设计中帮到很大忙。

通过它们可以进行设计仿真，检验设计的正确性。

在设计的过程中，我遇到了一些难题，例如matlab仿真软件操作问题；通过上网查阅相关教程，锻炼了自身的自学能力，也同时与同学相互探讨，培养了自身的协作能力。

要把理论转化为实践是必须的，学生必须尽力为自己寻找一些实验，动手的机会。

课程设计为我们提供了这样的机会。

课设过程中，大家自己独立思考，完成老师布置的题目，学习了很多东西，把自己所学用于实际，是我对自动化专业有了更深的了解，同时极大的提高了我对自动化专业的兴趣。

课堂学习主要注重于理论知识，而我们要将所学知识应用于实际，在此阶段，课程设计便是最好的选择了，通过课程设计，我们可以温习我们所学的理论知识，同时为将理论知识运用于实际搭建了一个很好的平台，不仅如此，通过这次的课程设计，使我知道了在当今的信息技术如此发达的世界中，我们必须运用多种渠道，去学习研究。

并要很好的运用计算机和一些软件，只有这样，我们才能更好地、精确地、快速地解决问题。

还有就是提高了自主解决问题的能力。

这次校正系统的设计，我不但运用了以前在书本上学过的知识，还运用了新的软件——MATLAB软件，在此之前我们并没有学过MATLAB软件的运用，通过查阅相关资料，终于用MATLAB软件实现了所要求的功能。

通过动手实践也让我对校正方法有了更深刻的了解，这绝对是对自己自控知识的巩固与提高。

MATLAB软件的强大功能确实令人兴奋，在以后的学习、生活中它将会扮演重要的角色。

总之，在这次课程设计过程中，我既学习到了自动控制原理的知识，又学到了许多书本之外宝贵的分析动手能力。

与其临渊羡鱼，不如退而结网。

这次自动控制设计给我的最大的印象就是如果自己有了兴趣，就动手去做，困难在你的勇气和毅力下是抬不了头的。

参考文献

[1] 薛定宇.控制系统仿真与计算机辅助技术.机械工业出版社，2005 

[2] 王万良. 自动控制原理.高等教育出版社，2008 

[3] 张静，MATLAB在控制系统中的应用，北京：

电子工业出版社，2007 

[4]蒲俊，MATLAB6.0教学手册。

上海：

浦东电子出版社，2002 

[5]飞思科技产品研发中心。

MATLAB7辅助控制系统设计与仿真。

北京：

电子工业出版社，2005