自控课程设计题目

《自动控制原理》课程设计报告

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1、设单位反馈系统的开环传递函数为0()(1)

K G s s s =+ 试设计一串联校正装置，使系统满足如下指标：（1）在单位斜坡输入下的稳态误差115ss e <；（2）截止频率c 7.5ω≥ (1/s)；（3）相角裕度γ≥45°。

2、设单位反馈系统的开环传递函数为0()(1)(0.251)

K G s s s s =++ 要求校正后系统的静态速度误差系数Ｋv ≥5(1/s)，相角裕度γ≥45°，试设计串联校正装置。

3、设单位反馈系统的开环传递函数为040()(10.2)(10.0625)

G s s s s =++ 若要求校正后系统的相角裕度为30°，幅值裕度为10～12(dB)，试设计串联校正装置。

4、控制系统如图所示：

若要求校正后系统得静态速度误差系数等于301s -，相角裕度不低于40，幅值裕度不小于10dB ，截止频率不小于2.3(rad/s)，试设计串联校正装置。

5、控制系统如图所示：

若要求系统在单位斜坡输入信号作用时，位置输出稳态误差0.1ss e <，开环截止

频率 4.4/c rad s ω≥，相角裕度45γ≥，幅值裕度10GM dB ≥，试设计校正装置。

6、设单位反馈系统的开环传递函数为0()(1)(0.1251)

K G s s s s =++ 要求校正后系统：Ｋv =20(1/s)，γ≥50°，4s t s ≤，试设计串联校正装置。

7、设单位反馈控制系统的开环传递函数为0()(1)(0.21)

K G s s s s =++， 试设计一串联校正装置，使系统满足如下性能指标：静态速度误差系数8v K =，相角裕度40γ≥。

8、设单位反馈控制系统的开环传递函数为02()(10.2)

K G s s s =+， 试设计一串联校正装置()c G s ，使系统的静态加速度误差系数10a K =，相角裕度

35γ≥。

9、设单位反馈系统的开环传递函数为0()(1)(0.251)

K G s s s s =++ 要求校正后系统：Ｋv ≥5(rad/s)，相角裕度γ≥45°，截止频率c 2ω≥，试设计

串联校正装置。

10、设单位反馈控制系统的开环传递函数为07()(0.51)(0.1671)G s s s s =++， 试设计一串接校正装置，使校正后系统的相角裕度为402±，幅值裕度不低于10dB ，开环增益保持不变，截止频率不低于1。

11、设单位反馈系统的开环传递函数为040()(0.21)(0.06251)

G s s s s =++ 若要求校正后系统的相角裕度为50°，幅值裕度为30～40(dB)，试设计串联校正装置。

12、设单位反馈系统的开环传递函数为0()(0.21)(0.51)

K G s s s s =++ 若要求校正后系统：Ｋv =20(rad/s)，相角裕度不低于35°，幅值裕度不低于10(dB)，试设计串联校正装置。

课程设计要求：

1、以教师总结归纳出的有实际背景的数学模型为基础，对各个小组位同学提出不同的设计题目及设计指标要求。学生通过查阅相关资料，根据各自题目确定合理的控制方式及校正形式，完成设计；

2、学生首先要根据所学控制理论知识进行人工设计校正装置，初步设计出校正装置传递函数形式及参数；

3、在MATLAB下进行动态仿真，在计算机上对人工设计系统进行仿真调试，使其满足技术要求；

4）确定校正装置的电路形式及电路参数；

5）完成设计报告。

三、设计原理校正方式的选择。按照校正装置在系统中的链接方式，控制系统校正方式分为串联校正、反馈校正、前馈校正和复合校正4种。串联校正是最常用的一种校正方式，这种方式经济，且设计简单，易于实现，在实际应用中多采用这种校正方式。串联校正方式是校正器与受控对象进行串联连接的。本设计按照要求将采用串联校正方式进行校。校正方法的选择。根据控制系统的性能指标表达方式可以进行校正方法的确定。本设计要求以频域指标的形式给出，因此采用基于Bode图的频域法进行校正。几种串联校正简述。串联校正可分为串联超前校正、串联滞后校正和滞后-超前校正等。超前校正的目的是改善系统的动态性能，实现在系统静态性能不受损的前提下，提高系统的动态性能。通过加入超前校正环节，利用其相位超前特性来增大系统的相位裕度，改变系统的开环频率特性。一般使校正环节的最大相位超前角出现在系统新的穿越频率点。

滞后校正通过加入滞后校正环节，使系统的开环增益有较大幅度增加，同时又使校正后的系统动态指标保持原系统的良好状态。它利用滞后校正环节的低通滤波特性，在不影响校正后系统低频特性的情况下，使校正后系统中高频段增益降低，从而使其穿越频率前移，达到增加系统相位裕度的目的。滞后—超前校正适用于对校正后系统的动态和静态性能有更多更高要求的场合。施加滞后—超前校正环节，主要是利用其超前部分增大系统的相位裕度，以改善系统的动态性能；利用其滞后部分改善系统的静态性能。以上3种不同的校正方法的一般性设计步骤如下：1)根据静态性能指标，计算开环系统的增益。之后求取校正前系统的频率特性指标，并与设计要求进行比较。2)确定校正后期望的穿越频率，具体值的选取与所选择的校正方式相适应。3)根据待设计的校正环节的形式和转折频率，计算相关参数，进而确定校正环节。4)得出校正后系统。检验系统满足设计要求。如不满足则从第二步重新开始。在MATLAB中基于Bode图进行系统设计的基本思路是通过比较校正前后的频率特性，尝试选定合适的校正环节，根据不同的设计原理，确定校正环节参数。最后对校正后的系统进行检验，并反复设计直至满足要求

五、课程设计总结本次自动控制原理课程设计，让我对校正有了更深层次的理解以及对MA TLAB在自控方面的应用有了更多的了解，虽然在对校正前函数各方面的参数

用MATLAB仿真计算编程时遇到了一些困难，但在查阅大量资料之后，使自己的设计思路逐渐明朗。在对设计校正函数时经过多次的反复校验才使获得的参数与期望的参数相匹配。通过这次课程设计，拓宽