华北电力大学自动控制原理设计报告.docx

课程设计(综合实验)报告( 2014--2015年度 第一学期)名 称： 自动控制原理 题 目：系统的校正与动态性能分析院 系： 控制与计算机工程学院 班 级： 自动化120班 学 号： 学生姓名： 指导教师： 张金芳 设计周数： 1 成 绩： 日期：2015年 1月 21日一、课程设计(综合实验)的目的与要求任务：1.分析系统单位阶跃响应的时域性能指标2.当 时，绘制系统的根轨迹，分析系统的稳定性3.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4.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：4.1设计串联校正满足下列性能指标（1）在单位斜坡信号作用下，系统的稳态误差；（2）系统校正后，相位裕量。4.2设计串联校正满足下列性能指标（1）在单位斜坡信号作用下，系统的稳态误差 ；（2）系统校正后，相位裕量 。（3）系统校正后，幅值穿越频率 。设计步骤规范化要求?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：（1）根据要求的稳态品质指标，求系统的开环增益值；（2）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；（3）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）（4）确定校正装置传递函数的参数；（5）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。（6）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）（7）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）设计报告及书写内容要求课程设计任务完成后，每位同学必须独立书写一份课程设计报告，注意：不得抄袭他人的报告（或给他人抄袭），一旦发现，成绩为零分。课程设计报告的内容应包括以下几个部分：1.单位阶跃响应时域指标的分析：绘制出系统的单位阶跃响应曲线，利用响应曲线计算出系统单位阶跃响应的性能指标 2.绘制系统的根轨迹，通过根轨迹分析系统的稳定性3.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4.利用频率域串联校正方法对系统进行的串联校正（1）分析设计要求，说明串联校正的设计思路（滞后校正，超前校正或滞后-超前校正）；（2）详细设计（包括的图形有：串联校正结构图，校正前系统的Bode图，校正装置的Bode图，校正后系统的Bode图）；（3）MATLAB编程代码及运行结果（包括图形、运算结果）；（4）校正实现的电路图及实验结果（校正前后系统的阶跃响应图）；（5）不同校正方法及装置的比较；（6）总结（包括课程设计过程中的学习体会与收获、对本次课程设计的认识等内容）。二、设计（实验）正文1、分析系统单位阶跃响应的时域性能指标设：K=2时，=8，闭环传递函数 单位阶跃响应程序：s=tf(s);G=2/(s*(0.25*s+1));G1=feedback(G,1);t=0:0.01:10;step(G1,t);gridxlabel(t);ylabel(c(t));title(单位阶跃响应);求其时域性能指标的程序：G=tf([8],[1 4 8]);C=dcgain(G); [y,t]=step(G);[Y,K]=max(y); tp=t(K) %求取峰值时间mp=(100*(Y-C))/C %求取超调量n=1; while y(n)0.9*Cn=n+1; end t1=t(n);n=1;while y(n)0.1*Cn=n+1;endt2=t(n);tr=t1-t2 %上升时间i=length(t); while (y(i)0.98*C)(y(i)1.02*C)i=i-1;end ts=t(i) %调节时间结果：峰值时间= 1.5736；超调量 = 4.3213 ； 上升时间 = 0.7454 ； 稳态响应时间 = 2.0982； 振荡次数N = 0.5。阶跃响应如图：2.当 时，绘制系统的根轨迹，分析系统的稳定性K0时程序：num=[1];den=[1,4,0]