大学本科自动控制理论课程设计

课程设计报告

( 2012-- 2013 年度第 1 学期)

名称：《自动控制理论》课程设计

题目：基于自动控制理论的性能分析与校正院系：自动化系

班级：

学号：

学生姓名：

指导教师：

设计周数：1周

成绩：

日期：2013 年 1 月 6 日

一、课程设计的目的与要求

本课程为《自动控制理论A》的课程设计，是课堂的深化。设置《自动控制理论A》课程设计的目的是使MATLAB成为学生的基本技能，熟悉MATLAB这一解决具体工程问题的标准软件，能熟练地应用MATLAB软件解决控制理论中的复杂和工程实际问题，并给以后的模糊控制理论、最优控制理论和多变量控制理论等奠定基础。作为自动化专业的学生很有必要学会应用这一强大的工具，并掌握利用MATLAB对控制理论内容进行分析和研究的技能，以达到加深对课堂上所讲内容理解的目的。通过使用这一软件工具把学生从繁琐枯燥的计算负担中解脱出来，而把更多的精力用到思考本质问题和研究解决实际生产问题上去。

通过此次计算机辅助设计，学生应达到以下的基本要求：

1.能用MATLAB软件分析复杂和实际的控制系统。

2.能用MATLAB软件设计控制系统以满足具体的性能指标要求。

3.能灵活应用MATLAB的CONTROL SYSTEM 工具箱和SIMULINK仿真软件，分析系统的性能。

三、主要内容

1．前期基础知识，主要包括MA TLAB系统要素，MA TLAB语言的变量与语句，MA TLAB 的矩阵和矩阵元素，数值输入与输出格式，MA TLAB系统工作空间信息，以及MA TLAB的在线帮助功能等。

2．控制系统模型，主要包括模型建立、模型变换、模型简化，Laplace变换等等。

3．控制系统的时域分析，主要包括系统的各种响应、性能指标的获取、零极点对系统性能的影响、高阶系统的近似研究，控制系统的稳定性分析，控制系统的稳态误差的求取。

4．控制系统的根轨迹分析，主要包括多回路系统的根轨迹、零度根轨迹、纯迟延系统根轨迹和控制系统的根轨迹分析。

5．控制系统的频域分析，主要包括系统Bode图、Nyquist图、稳定性判据和系统的频域响应。

6．控制系统的校正，主要包括根轨迹法超前校正、频域法超前校正、频域法滞后校正以及校正前后的性能分析。

四、进度计划

五、设计成果要求

上机用MA TLAB编程解题，从教材或参考书中选题，控制系统模型、控制系统的时域分析法、控制系统的根轨迹分析法、控制系统的频域分析法每章选择两道题。第六章校正选四道，其中根轨迹超前校正一道、根轨迹滞后校正一道、频域法超前校正一道、频域法滞后校正一道。并针对上机情况打印课程设计报告。

课程设计报告包括题目、解题过程及程序清单和最后的运行结果（曲线），课程设计总结或结论以及参考文献。

六、考核方式

《自动控制理论课程设计》的成绩评定方法如下：

根据

1．打印的课程设计报告。

2．独立工作能力及设计过程的表现。

3．答辩时回答问题的情况。

成绩评分为优、良、中、及格以及不及格5等。

学生姓名

指导教师：

2013年1 月6日

二、设计正文

1．控制系统模型

2．控制系统的时域分析

3．控制系统的根轨迹分析

4．控制系统的频域分析

5．控制系统的校正

1.控制系统模型

1.1 控制系统方框图如图所示，求此系统的传递函数。

G1=tf([1],[0.5 1]);

G2=tf([1],[1 2 2]);

H1=2;

H2=tf([0.5 1],[0.2 1]);

GH1=feedback(G2,H2);

G=GH1*G1;

GH=feedback(G,H1)

>>

Transfer function:

0.2 s + 1

----------------------------------------

0.1 s^4 + 0.9 s^3 + 2.85 s^2 + 4.8 s + 5

>

总结：刚刚接触matlab ，学会基础的用Simulink 画了系统框图，了解了tf 还有feedback 函数是构成闭环传递函数，对matlab 最基础的运行了一次，对它有了基本的概念。对于求传递函数需要清楚是正反馈还是负反馈，进行化简求解。

1.2求解微分方程组 {()()()()0

)(2210

..

=+-=+t y t x t y t y t x ，{

()()6

000==y x

[x,y]=dsolve('1*Dx+y=10,-1*x+2*Dy+2*y=0','x(0)=0,y(0)=6') >> x =

20+exp(-1/2*t)*(-20*cos(1/2*t)-12*sin(1/2*t)) y =

10+exp(-1/2*t)*(-16*sin(1/2*t)-4*cos(1/2*t)) >>

总结：了解了dsolve 函数的意义，即求解微分方程e 在初值条件c 下的特解，dsolve(e,c)， 在matlab 中用D 表示导数，即Dy 表示y'，使用软件使计算速度快了很多，在工作中能提高效率。

2 控制系统的时域分析

2.1已知一个如图所示的二阶系统，其开环传递函数G ()s =

()

1+Ts s k 其中T=1，试绘制k 分

别为0.1，0.2，0.5，0.8，1.0，2.4时其单位负反馈系统的单位阶跃响应曲线。 MA TLAB 程序如下： T=1

k=[0.1,0.2,0.5,0.8,1.0,2.4] t=linspace(0,20,200) num=1

den=conv([1,0],[T,1]) for j=1:6

s1=tf(num*k(j),den) sys=feedback(s1,1)