自动控制理论》设计.ppt

《自动控制理论》课程设计 努尔扎提 一、课程设计要求 自动控制原理课程设计为1周，占1个学分。 按学号选择设计任务 12月27日提交课程设计报告 包含 题目（请写清题号） 设计思想 编制的程序(请加上注释) 设计结论 报告中的公式必须通过公式编辑器来输入 一、课程设计要求 请交打印稿及电子版文档 打印稿必须放到档案袋。 提交报告装订循序为： 封皮 课程设计任务书 目录 课程设计报告 课程设计任务 任务一 频域法设计 任务二 根轨迹法设计 任务三 状态空间法设计 任务一 频域法设计 从课程设计指导书中，按照学号选一题利用频域法进行设计（超前、滞后、超前＋滞后）。 要求完成： 编程绘制原系统Bode图，并计算出原系统的幅值裕量及相角裕量； 编程设计校正方案（得到相应的控制器参数）； 编程绘制校正后系统Bode图，并计算出校正后系统的幅值裕量及相角裕量； 整理设计结果，提交设计报告。 任务二 根轨迹法设计 要求完成： 编程绘制原系统阶跃响应曲线，并计算出原系统的动态性能指标； 利用SISOTOOL设计校正方案（得到相应的控制器参数）； 绘制校正后系统阶跃响应曲线，并计算出校正后系统的动态性能指标； 整理设计结果，提交设计报告。 任务三 状态空间法设计 要求完成： 编程绘制原系统阶跃响应曲线，并计算出原系统的动态性能指标； 编程设计校正方案（得到相应的状态反馈参数或状态观测器参数）； 利用SIMULINK绘制校正前、后系统状态模拟图，绘制系统阶跃响应曲线，并计算出校正后系统的动态性能指标； 整理设计结果，提交设计报告。 二、MATLAB概述 MATLAB提供了大量的控制工程计算、设计库 函数。其中，控制系统软件包包括复数运算、特征值计算、方程求解、矩阵变换以及FFT等重要计算工具及举例。MATLAB的线性代数处理，矩阵运算和数值分析的能力为控制系统工程设计及其它学科研究提供了可靠的基础和强有力的研究工具。 控制系统软件包利用MATLAB矩阵功能提供了适用于控制工程的专用函数，这些函数大部分用M文件表示。控制系统软件包可以方便地用于控制系统设计、分析和建模。 传递函数模型举例 零-极点增益模型 传递函数可以表示为系数或零一极点增益形式，SISO系统表示为 MATLAB中规定，把多项式的根存放到列向量P中，而行向量Z包含多项式系数,分子传递函数的增益存放到列向量k中。 零-极点增益模型举例 状态空间模型 LTI系统模型的一般形式如下 　 采用MATLAB表示状态空间系统十分容易。 A，B，C，D都是矩阵，均作为独立变量处理。 状态空间模型举例 给定系统的微分方程描述为 matlab编程 Matlab有自己的编程语言，需看这方面的教程。 在命令窗口有两种方式可以打开M文件编辑器 通过“文件”下打开“new”，选择“M-file” 通过快捷图标直接打开 执行程序 执行程序也有两种方式 常用Matlab函数 step阶跃响应 rlocus绘制根轨迹曲线 bode 波特图 nyquist 奈奎斯特图 margin 频率裕量 三、课程设计实现频率法设计 例3.1已知单位负反馈系统被控对象的传递函数为 试用频域法对系统进行串联超前校正设计。 ①在单位斜坡信号r=t作用下，系统的稳态误差≤0.1rad； ②系统校正后，相角稳定裕度γ≥45°； ③开环系统剪切频率≥4.4rad/s； ④幅值稳定裕度h≥10dB。 解： ⑴ 求满足稳态误差要求的系统开环增益K。 ，取K=10rad/s。 ⑵ 做原系统的Bode图与阶跃响应曲线，检查是否满足题目要求。 clear K=10;n1=1; d1=conv([1 0],[1 1]); s1=tf(K*n1,d1); figure(1);margin(s1);hold on figure(2);sys=feedback(s1,1);step(sys) ⑶ 求超前校正装置的传递函数。 对于校正后系统的相角稳定裕度γ=45°的超前校正装置传递函数为运行结果 Tansfer function: 0.529s+1 --------------- 0.07007s+1 ⑷检验系统校正后系统是否满足题目要求。 K=10;n1=1; d1=conv([1 0],[1 1]); s1=tf(K*n1,d1); %原系统传函 n2=[0.529 1];d2=[0.07007 1]; s2=tf(n2,d2); %校正装置传函 sys=s1*s2; %校正后系统传函 figure(1);margin(sys);hold on figure(2);sy