自动控制原理设计····.docx
课程设计(综合实验)报告
(2012--2013年度第1学期)
名
题
称：
目：
自动控制原理
自控课设
院
系：
控制与计算机工程学院
班
级：
学
号：
学生姓名：
指导教师：张金芳设计周数：一周
成 绩：
日期：年月 日
课程课程设计（综合实验）报告
课程
课程设计（综合实验）报告
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一、课程设计(综合实验)的目的与要求
题目已知单位负反馈系统被控制对象的开环传递函数
任务：
K
Gk(s)?s(0.1s?1)
分析系统单位阶跃响应的时域性能指标
当k????,???时，绘制系统的根轨迹，分析系统的稳定性
对系统进行频域分析，绘制其Nyquist图及Bode图，确定闭环系统的稳定性
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：
设计串联校正满足下列性能指标
ss在单位斜坡信号r(t)?t作用下，系统的稳态误差e
ss
?0.01；
系统校正后，相位裕量?(?c)?450。
设计串联校正满足下列性能指标
ss在单位斜坡信号r(t)?t作用下，系统的稳态误差e ?0.005；
ss
系统校正后，相位裕量?
(?)?450
。c
。
c系统校正后，幅值穿越频率?设计步骤规范化要求：
c
?50。
单位阶跃响应时域指标的分析：绘制系统的单位阶跃响应曲线，利用曲线计算系统单位
阶跃响应的时域性能指标，包括上升时间，峰值时间，调节时间，超调，振荡次数
根据Matlab相关命令绘制系统的根轨迹，通过根轨迹分析系统的稳定性
根据Matlab相关命令绘制系统的Nyquist图和Bode图，由图分析系统的稳定性及稳定裕度
按如下步骤，利用频率域串联校正方法对系统进行的串联校正设计：
根据要求的稳态品质指标，求系统的开环增益值；
根据求得的值，画出校正前系统的Bode图，并计算出幅值穿越频率、相位裕量(要求利用MATLAB软件编程进行辅助设计),以检验性能指标是否满足要求。若不满足要求，则执行下一步；
画出串联校正结构图，分析并选择串联校正的类型（超前、滞后和滞后-超前校正）。（若可以采用多种方法，分别设计并进行比较）
确定校正装置传递函数的参数；
画出校正后的系统的Bode图，并校验系统性能指标(要求利用MATLAB软件编程进行辅助设计)。若不满足，跳到第（4）步。否则进行下一步。
提出校正的实现方式及其参数。（要求实验实现校正前、后系统并得到的校正前后系统的阶跃响应）
若采用不同串联校正方法进行设计，比较不同串联校正方法的特点。（稳定性、稳态性能、动态性能和实现的方便性的比较）
二．设计（实验）正文
系统的单位阶跃响应及性能指标：
本题中取s的系数为0.2
程序如下：
num=1;den=[0.210];
G=tf(num,den);%开环传递函数sys=feedback(G,1);%闭环传递函数figure(1)
step(sys);grid%单位阶跃响应
图1-系统单位阶跃响应曲线
由上图分析可得：
上升时间t
r
?2.02?0.243?1.777s，调节时间t
s
?2.53s(??5%)，由于系统为过阻尼系统，无
振荡，故峰值时间tp不存在，超调量?%、振荡次数N均为零。
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根轨迹及稳定性分析
○1k0,根轨迹如下：
程序段：
%根轨迹图
%K0
figure(2)rlocus(G)
○2k0,根轨迹如下：
图2-K0时系统根轨迹
程序段：
%K0
figure(3)rlocus(-G)
图3-K0时系统根轨迹
由图分析系统稳定性：
当k0的时候，根轨迹分支没有进入右半平面，故系统稳定；当k0的时候，根轨迹分支进入右半平面，故系统不稳定。
○1Nyquist曲线及稳定性分析
程序段：
%奈奎斯特图figure(4)nyquist(G);
axis([-1.20.3-1010]);ngrid
axisequal%调整横纵坐标比例，保持原形
图4-奈奎斯特图
○2Bode图及稳定性分析程序段：
%伯德图
figure(5)margin(G)
图5-伯德图
稳定性分析：
由Nyquist曲线可知，曲线在(?1,0)点左侧无穿越，且系统在右半平面无极点，故系统闭环稳定；
由Bode图可知，相频特性曲线没有穿越(2k?1)?线，且系统在右半平面没有极点，故系统闭
环稳定。
4.1
校正前程序及运行结果如下：
k=1/0.01;
G1=tf([