自動(dòng)控制原理課程設(shè)計(jì)

1、揚(yáng)州大學(xué)水利與能源動(dòng)力工程學(xué)院課程名 稱：課程名 稱：題目名 稱：年級(jí)專業(yè)及班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教 師：評(píng)定成 績(jī)：教師評(píng) 語(yǔ)：課程實(shí)習(xí)報(bào)告自動(dòng)控制原理及專業(yè)軟件課程實(shí)習(xí)三階系統(tǒng)分析與校正建電 1402王杰141504230許慧指導(dǎo)老師簽名：2016年 12 月 27 日2016揚(yáng)州大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院實(shí)習(xí)報(bào)告揚(yáng)州大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院實(shí)習(xí)報(bào)告 一、課程實(shí)習(xí)的目的（ 1 ）培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際的設(shè)計(jì)思想，訓(xùn)練綜合運(yùn)用經(jīng)典控制理論和相關(guān)課程知識(shí)的能力；（ 2）掌握自動(dòng)控制原理的時(shí)域分析法、根軌跡法、頻域分析法，以及各種校正裝置的作用及用法，能夠利用不同的分析法對(duì)給定系統(tǒng)進(jìn)行性能分析，能根據(jù)不同的

2、系統(tǒng)性能指標(biāo)要求進(jìn)行合理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并調(diào)試滿足系統(tǒng)的指標(biāo)；（ 3）學(xué)會(huì)使用MATLAB語(yǔ)言及Simulink 動(dòng)態(tài)仿真工具進(jìn)行系統(tǒng)仿真與調(diào)試；（ 4）學(xué)會(huì)使用硬件搭建控制系統(tǒng)；（ 5）鍛煉獨(dú)立思考和動(dòng)手解決控制系統(tǒng)實(shí)際問(wèn)題的能力，為今后從事控制相關(guān)工作打下較好的基礎(chǔ)。二、課程實(shí)習(xí)任務(wù)某系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)G（s）=K/s（0.1s+1） （ 0.2s+1 ）分析系統(tǒng)是否滿足性能指標(biāo)：（ 1） 系統(tǒng)響應(yīng)斜坡信號(hào)r（t）=t, 穩(wěn)態(tài)誤差小于等于0.01 ；（ 2）相角裕度y=40度；如不滿足，試為其設(shè)計(jì)一個(gè)pid 校正裝置。三、 課程實(shí)習(xí)內(nèi)容（ 1）未校正系統(tǒng)的分析：1）利用MATLAB繪畫未校正系統(tǒng)

3、的開環(huán)和閉環(huán)零極點(diǎn)圖2）繪畫根軌跡，分析未校正系統(tǒng)隨著根軌跡增益變化的性能（穩(wěn)定性、快速性）。3）作出單位階躍輸入下的系統(tǒng)響應(yīng)，分析系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)的性能指標(biāo)。4）繪出系統(tǒng)開環(huán)傳函的bode 圖，利用頻域分析方法分析系統(tǒng)的頻域性能指標(biāo)（相角裕度和幅值裕度，開環(huán)振幅）。（ 2）利用頻域分析方法，根據(jù)題目要求選擇校正方案，要求有理論分析和計(jì)算。并與Matlab 計(jì)算值比較。（ 3）選定合適的校正方案（串聯(lián)滯后/串聯(lián)超前 /串聯(lián)滯后 -超前） ，理論分析并計(jì)算校正環(huán)節(jié)的參數(shù)，并確定何種裝置實(shí)現(xiàn)。（ 4）繪畫已校正系統(tǒng)的bode 圖，與未校正系統(tǒng)的bode 圖比較，判斷校正裝置是否符合性能指標(biāo)要求，分

4、析出現(xiàn)大誤差的原因。（ 5）求此系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線。分析采用的校正裝置的效果。（ 6）繪畫模擬電路，提出校正的實(shí)現(xiàn)方式及其參數(shù)。（ 7）總結(jié)（包括課程設(shè)計(jì)過(guò)程中的學(xué)習(xí)體會(huì)與收獲、對(duì)本次課程實(shí)習(xí)的認(rèn)識(shí)等內(nèi)容）自動(dòng)控制原理及專業(yè)軟件課程實(shí)習(xí)目錄摘 要 第一章 利用MATLAB繪畫未校正系統(tǒng)的開環(huán)和閉環(huán)零極點(diǎn)圖第二章 繪畫根軌跡第三章 作出單位階躍輸入下的系統(tǒng)響應(yīng)第四章 繪出系統(tǒng)開環(huán)傳函的bode 圖 第五章 求此系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線第六章 繪畫模擬電路致謝 參考文獻(xiàn)第一章 利用MATLAB繪畫未校正系統(tǒng)的開環(huán)和閉環(huán)零極點(diǎn)圖( 1)由穩(wěn)態(tài)誤差小于等于0.01 即 1/k=100 所以選擇k=101未校

5、正系統(tǒng)開環(huán)和閉環(huán)零極點(diǎn)圖(K=110) ：clear clc num=101; den=conv(1 0,conv(0.1 1,0.2 1); G=tf(num,den); Gf=feedback(G,1,-1); figure(1) pzmap(G); title( 未校正系統(tǒng)開環(huán)零極點(diǎn)圖) TOC o 1-5 h z xlabel( 實(shí)軸x)ylabel( 虛軸j)figure(2) pzmap(Gf); title( 未校正系統(tǒng)閉環(huán)零極點(diǎn)圖)xlabel ( 實(shí)軸x)ylabel ( 虛軸 j)第二章 繪畫根軌跡（ 2）繪畫根軌跡，根據(jù)根軌跡分析未校正系統(tǒng)穩(wěn)定性和快速性系統(tǒng)穩(wěn)定性分析0.

6、02s3+0.3s2+s+k分析：閉環(huán)傳遞函數(shù)的特征方程：D（ s） =0.02s3+0.3s2+s+k列出勞斯表：S30.021S20.3kS10.3-0.02k)/1.2Sk由勞斯穩(wěn)定判據(jù)有：k0 且 0.3-0.02k0 ，即 0k30，所以系統(tǒng)不穩(wěn)定系統(tǒng)快速性分析系統(tǒng)的快速性要好，則閉環(huán)極點(diǎn)均應(yīng)遠(yuǎn)離虛軸y，以便使階躍響應(yīng)中的每個(gè)分量都衰減得更快。由圖1 可知，當(dāng)系統(tǒng)根軌跡在s 左半平面時(shí)，閉環(huán)極點(diǎn)距s 平面上虛軸越近，阻尼角增加， 變小，振蕩程度加劇，超調(diào)量變大，若特征根進(jìn)一步靠近虛軸，衰減振蕩過(guò)程變得很緩慢，系統(tǒng)的快速性減小 。第三章 作出單位階躍輸入下的系統(tǒng)響應(yīng)未校正系統(tǒng)階躍響應(yīng)圖

7、clearclcnum=101;den=conv(1 0,conv(0.1 1,0.2 1);G=tf(num,den);Gf=feedback(G,1,-1);sys=feedback(Gf,1);t=0:0.01:5;step(sys,t);xlabel(t)ylabel(Gf )title( 未校正系統(tǒng)階躍響應(yīng)圖 )圖 1 未校正系統(tǒng)的階躍響應(yīng)由圖 1 可知，系統(tǒng)在單位階躍輸入下，振蕩程度加劇，超調(diào)量變大，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能不佳，不穩(wěn)定。第五章 求此系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線已校正系統(tǒng)階躍響應(yīng)圖clearclcnum=101;den=conv(1 0,conv(0.1 1,0.2 1);Gs=tf(

8、num,den);num1=3.7 1;den1=115.74 1;Gs1=tf(num1,den1);Gs2=series(Gs,Gs1);sys=feedback(Gs2,1);t=0:0.01:5;step(sys,t);xlabel( t)ylabel( Gf )title( 已校正系統(tǒng)階躍響應(yīng)圖 )分析 系統(tǒng)階躍響應(yīng)的性能指標(biāo)：Tp=1s ；Ts=2.8s超調(diào)量 =36.5%且采用校正裝置后系統(tǒng)穩(wěn)定，系統(tǒng)的阻尼程度適中。第四章 繪出系統(tǒng)開環(huán)傳函的bode 圖（ 4）繪出系統(tǒng)開環(huán)傳函的bode 圖clearclcnum=101;den=conv(1 0,conv(0.1 1,0.2 1

9、);Gs=tf(num,den);bode(Gs);margin(Gs);title( 系統(tǒng)開環(huán)傳函的bode 圖 )由圖可得:校正后Gm=17.3dB;Pm=-41.9度；由此可知Pm=-41.9度 40度 ，符合要求。第五章 求此系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線3. 已校正系統(tǒng)階躍響應(yīng)圖clearclcnum=101;den=conv(1 0,conv(0.1 1,0.2 1);Gs=tf(num,den);num1=3.7 1;den1=115.74 1;Gs1=tf(num1,den1);Gs2=series(Gs,Gs1);sys=feedback(Gs2,1);t=0:0.01:5;step(s

10、ys,t);xlabel( t)ylabel( Gf)title( 已校正系統(tǒng)階躍響應(yīng)圖)分析 系統(tǒng)階躍響應(yīng)的性能指標(biāo)：Tp=1s ；Ts=2.8s超調(diào)量 =36.5%且采用校正裝置后系統(tǒng)穩(wěn)定，系統(tǒng)的阻尼程度適中。第六章 繪畫模擬電路用 SIMULINK進(jìn)行仿真1. 未校正系統(tǒng)2.已校正系統(tǒng)3. 分析5.致謝每一個(gè)課程設(shè)計(jì)都是一個(gè)挑戰(zhàn)！首先要由衷感謝我們的指導(dǎo)老師許慧老師，你指導(dǎo)了我順利的獨(dú)立地完成了這一次的課程設(shè)計(jì)。期間，讓我學(xué)到了許多在實(shí)踐中需注意的問(wèn)題。包括如何根據(jù)課題制定方案，怎樣思考問(wèn)題，然后如何去收集整理資料，之后怎樣組織材料撰寫論文等等，這為我們即將面臨的畢業(yè)設(shè)計(jì)等各類課題的設(shè)計(jì)

11、打下了一定的基礎(chǔ)。甚至在以后的工作和學(xué)習(xí)生活中也會(huì)受益。雖然我學(xué)了MATLAB ，不少課本上也有提到過(guò)MATLAB ，但是我還是不怎么熟練，通過(guò)這次自動(dòng)控制原理課設(shè)讓我更好地學(xué)會(huì)了如何去使用這個(gè)軟件。自動(dòng)控制原理的知識(shí)在課堂上掌握的也不是很好，所以這次課程設(shè)計(jì)對(duì)于我來(lái)說(shuō)真是難度不小啊。在很多人眼中為期一周的課程設(shè)計(jì)或許是一種煎熬，這是可以理解的，在這一周當(dāng)中，我們不僅要完成這個(gè)課程設(shè)計(jì)，而且還要學(xué)習(xí)其他專業(yè)課。對(duì)于 MATLAB 的學(xué)習(xí)，我們先從以前教材中翻看相關(guān)的內(nèi)容，因?yàn)檫@些書上講的比較精簡(jiǎn)易懂，看完之后便對(duì)MATLAB 有了更深地了解和懂得了一些簡(jiǎn)單編程，接下來(lái)我再去圖書館借相關(guān)的書籍進(jìn)行借鑒和參考，當(dāng)要用什么功能時(shí)，就在書上翻看相應(yīng)部分的內(nèi)容，這樣MATLAB 就應(yīng)用起來(lái)了。對(duì)于自動(dòng)控制原理的相關(guān)知識(shí)，我重新翻看好幾遍教材，特別是第六章作了詳細(xì)地了解，對(duì)校正有了較好的認(rèn)識(shí)之后才開始進(jìn)行單位負(fù)反饋系統(tǒng)設(shè)計(jì)。校正設(shè)計(jì)時(shí)候，在試取值時(shí)需要對(duì)校正原理有較好的理解才能取出合適的參數(shù)，期間我也不是一次就成功，選了幾次才選出比較合適的參數(shù)。這種不斷嘗試的經(jīng)歷讓我們養(yǎng)成一種不斷探索的科學(xué)研究精神，我想對(duì)于將來(lái)想從事技術(shù)行業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)這是很重要的。每一次課程設(shè)計(jì)都會(huì)學(xué)到不少東西，這次當(dāng)然也不例外。不但對(duì)自動(dòng)控制原理的知識(shí)鞏固了，也加強(qiáng)了MATLAB 這個(gè)強(qiáng)大軟件使用的學(xué)