自动控制原理课程设计报告

成绩：

自动控制原理

课程设计报告

学生姓名：黄国盛

班级：工化144

学号：201421714406

指导老师：刘芹

设计时间：2016.11.28-2016.12.2

目录

1.设计任务与要求 (1)

2.设计方法及步骤 (1)

2.1系统的开环增益 (1)

2.2校正前的系统 (1)

2.2.1校正前系统的Bode图和阶跃响应曲线 (1)

2.2.2MATLAB程序 (2)

3.3校正方案选择和设计 (3)

3.3.1校正方案选择及结构图 (3)

3.3.2校正装置参数计算 (3)

3.3.3MATLAB程序 (4)

3.4校正后的系统 (4)

3.4.1校正后系统的Bode图和阶跃响应曲线 (4)

3.4.2MATLAB程序 (6)

3.5系统模拟电路图 (6)

3.5.1未校正系统模拟电路图 (6)

3.5.2校正后系统模拟电路图 (7)

3.5.3校正前、后系统阶跃响应曲线 (8)

4.课程设计小结和心得 (9)

5.参考文献 (10)

1.设计任务与要求

题目2：已知单位负反馈系统被控制对象的开环传递函数

()()

00.51K

G s s s =+用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计。

任务：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：

（1）在单位斜坡信号作用下，系统的稳态误差0.05ss e rad <；

（2）系统校正后，相位裕量45γ> 。

（3）截止频率6/c rad s ω>。

2.设计方法及步骤

2.1系统的开环增益

由稳态误差要求得：20≥K ，取20=K ；得s

G 1s 5.0201)s(0.5s 20)s (20+=+=2.2校正前的系统

2.2.1校正前系统的Bode 图和阶跃响应曲线

图2.2.1-1校正前系统的Bode 图

图2.2.1-2校正前系统的Bode图

图2.2.1-3校正前系统的阶跃响应曲线2.2.2Matlab程序

（1）校正前系统的Bode图实现程序代码如下：

>>G=tf(20,[0.510]);

margin(G);

（2）校正前系统的阶跃响应图实现程序代码如下：

>>G=tf(20,[0.510]);

step(feedback(G,1));

3.3校正方案选择和设计

3.3.1校正方案选择及结构图

由图2.2.1-2校正前系统的bode 图。确定截止频率和相角裕度：

17.60=c ω

180=γ因为⎪⎩⎪⎨⎧=<=> 456*0*0γγωωc c ，考虑滞后校正。

而用迟后校正在*c ω处系统又没有足够的相角贮备量，即

51618)(180)(**0*0=+<=∠+=γωωγc c j G 故采用“滞后—超前”校正。

校正结构图如下：

图 3.3.1校正结构图

3.3.2校正装置参数计算

选择校正后系统的截止频率6'*

==c ωω，超前部分应提供的最大超前角为

33618456)(**=+-=+-=c c m ωγγϕ则84177.139211.339211.3sin 1===-+=a a m

m ，ϕϕ在c ω=6处作垂线，与)(0ωL 交于点A ,确定A 关于dB 0线的镜像点B ；以点B 为中心作斜率为dec dB /20+的直线，分别与过

s

rad a c C /05062.11684177.1*=⨯==ωω两条垂直线交于点C 和点D ，则

C 点频率：s

rad a c C /05062.11684177.1*

=⨯==ωωD 点频率：s rad a c D /257735.384177.16===ωω从点C 向右作水平射线，从点D 向左作水平射线，在过D 点的水平线上确定c E ωω1.0=的点E ；过点E 作斜率为dec dB /20-的直线交dB 0线于点F ，相应频率为F ω，则E 点频率：s

rad c E /6.061.01.0*=⨯==ωωs

rad a c D /257735.384177.16===ωω

DC 延长线与dB 0线交点处的频率s rad c c /344816.66

17.62

200===ωωωF 点频率：s rad E D F /308069.0344816

.66.0257735.30=⨯==ωωωω故可写出校正装置传递函数

105062.111257735.31308069.016.01111)s (++⋅++=++⋅++=s s s s s s s s G C D F E C ωωωω以下进行验算。校正后系统开环传递函数为

)105062.11)(1308069.0(1)s(0.5s )1257735.3)(16.0(

20)s ()s ()s (0++⋅+++⋅==s s s s G G G C )

1336519.3(0.293743s 1)s(0.5s 1)1.973629s s 511603.0(20)1s )(0.09049316s 1)(3.24602s(0.5s )1s )(0.3069621(1.666667s 2022++⋅+++⋅=+++++=s 3.3.3MATLAB 程序：

校正环节的传递函数实现程序代码如下：

>>Gc=tf([0.5116031.9736291],[0.2937433.3365191]);

3.4校正后的系统

3.4.1校正后系统的Bode 图和阶跃响应曲线