自动控制原理课程设计

课程设计任务书

学生姓名： 专业班级：

指导教师： 工作单位：

题 目: 飞行器控制系统设计 初始条件：

飞行器控制系统的开环传递函数为：

)

2.361(4500)(+=s s K s G 控制系统性能指标为调节时间s 01.0≤，单位斜坡输入的稳态误差000521.0≤，相角裕度大于85度。

要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写

等具体要求）

（1） 设计一个控制器，使系统满足上述性能指标；

（2） 画出系统在校正前后的奈奎斯特曲线和波特图；

（3） 用Matlab 画出上述每种情况的阶跃响应曲线，并根据曲线分析系统

的动态性能指标；

（4） 对上述任务写出完整的课程设计说明书，说明书中必须写清楚分析

计算的过程，给出响应曲线，并包含Matlab 源程序或Simulink 仿

真模型，说明书的格式按照教务处标准书写。

时间安排：

指导教师签名： 年 月 日

系主任（或责任教师）签名： 年 月 日

目录

1串联滞后—超前校正的原理..................... 错误！未定义书签。2飞行器控制系统的设计过程............... 错误！未定义书签。

2.1飞行器控制系统的性能指标 ..................... 错误！未定义书签。

2.2系统校正前的稳定情况 ......................... 错误！未定义书签。

2.2.1校正前系统的波特图.................... 错误！未定义书签。

2.2.2校正前系统的奈奎斯特曲线 (2)

2.2.3校正前系统的单位阶跃响应曲线.......... 错误！未定义书签。

2.3飞行器控制系统的串联滞后—超前校正 (4)

2.3.1确定校正网络的相关参数 (4)

2.3.2验证已校正系统的性能指标 (6)

2.4系统校正前后的性能比较 (8)

2.4.1校正前后的波特图 (8)

2.4.2校正前后的奈奎斯特曲线 (9)

2.4.3校正前后的单位阶跃响应曲线 (11)

3设计总结与心得体会 (12)

参考文献 (13)

摘要

根据被控对象及给定的技术指标要求，设计自动控制系统，既要保证所设计的系统有良好的性能，满足给定技术指标的要求，还有考虑方案的可靠性和经济性。本说明书介绍了在给定的技术指标下，对飞行器控制系统的设计。为了达到给定要求，主要采用了串联滞后—超前校正。

在对系统进行校正的时，采用了基于波特图的串联滞后—超前校正，对系统校正前后的性能作了分析和比较，并用MATLAB进行了绘图和仿真。对已校正系统的高频特性有要求时，采用频域法校正较其它方法更为方便。

关键词：飞行器控制系统校正 MATLAB

飞行器控制系统设计

1串联滞后—超前校正的原理

如果系统设计要求满足的性能指标属频域特征量，则通常采用频域校正方法。在开环系统对数频率特性基础上，以满足稳态误差、开环系统截止频率和相角裕度等要求为出发点，进行串联校正的方法。

在伯德图上虽然不能严格定量地给出系统的动态性能，但却能方便地根据频域指标确定校正装置的形式和参数，特别是对已校正系统的高频特性有要求时，采用频域法校正较其它方法更方便。

串联滞后—超前校正兼有滞后校正和超前校正的优点，当待校正系统不稳定，且要求校正后系统的响应速度、相角裕度和稳态精度要求较高时，应采用串联滞后—超前校正。其基本原理是利用滞后—超前网络的超前部分来增大系统的相角裕度，同时利用滞后部分来改善系统的稳态性能。串联滞后—超前校正的设计步骤如下：

（1）根据稳态性能要求确定开环增益K 。

（2）绘制待校正系统的对数幅频特性曲线，求出待校正系统的截止频率c ω相角裕度γ及幅值裕度h （dB ）。

（3）在待校正系统对数幅频特性上，选择斜率从-20dB/dec 变为-40dB/dec 的交接频率作为校正网络超前部分的交接频率b ω。b ω的这种选法，可以降低已校正系统的阶次，且可保证中频区斜率为期望的-20dB/dec ，并占据较宽的频带。

（4）根据响应速度要求，选择系统的截止频率''c ω和校正网络衰减因子1/a 。要

保证已校正系统的截止频率为所选的''c ω，下列等式成立

0lg 20)(lg 20'''''=++-c b c T L a ωω （1）

（5）根据相角裕度要求，估算校正网络滞后部分的交接频率a ω

（6）校验已校正系统的各项性能指标。

根据滞后—超前校正的原理和步骤，可以在纯超前校正及纯滞后校正都不宜采用时，对系统进行串联滞后—超前校正。

2飞行器控制系统的设计过程

2.1飞行器控制系统的性能指标

飞行器控制系统的开环传递函数为

)2.361(4500)(+=s s K

s G （2）

控制系统性能指标为调节时间s t s 01.0≤，单位斜坡输入的稳态误差ss e 000521.0≤，相角裕度大于85度。

根据单位斜坡输入的稳态误差ss e 000521.0≤，可以得出

ss

s v e K s sG K 12.3614500)(lim 0===→ （3） 155≈∴K

2.2系统校正前的稳定情况

2.2.1校正前系统的波特图

根据原有的飞行器控制系统的开环传递函数，在MATLAB 中绘制出校正前的波特图，如图2-1所示。

绘制校正前波特图的MATLAB 源程序如下：

num=697500;

den=[1,361.2,0]; %校正前系统参数

bode(num,den); %绘制波特图

grid;

2.2.2校正前系统的奈奎斯特曲线

根据原有的飞行器控制系统的开环传递函数，在MATLAB 中绘制出校正前的奈奎斯特曲线，如图2-2所示。

绘制校正前波特图的MATLAB 源程序如下：

num=697500;

den=[1,361.2,0]; %校正前系统参数

nyquist(num,den) %绘制奈奎斯特曲线