自動控制原理課程設計-超前校正.doc

作者：王冠博專業(yè)：自動化學校：大連海洋大學一.課程設計題目已知單位反饋系統開環(huán)傳遞函數如下：試設計超前校正環(huán)節(jié)，使其校正后系統的靜態(tài)速度誤差系數，相角裕度為45度，并繪制校正前后系統的單位階躍響應曲線，開環(huán)Bode圖和閉環(huán)Nyquist圖。二.課程設計目的1.通過課程設計使學生更進一步掌握自動控制原理課程的有關知識，加深對內涵的理解，提高解決實際問題的能力。2.理解自動控制原理中的關于開環(huán)傳遞函數，閉環(huán)傳遞函數的概念以及二者之間的區(qū)別和聯系。3.理解在自動控制系統中對不同的系統選用不同的校正方式，以保證得到最佳的系統。4.理解在校正過程中的靜態(tài)速度誤差系數，相角裕度，截止頻率，超前(滯后)角頻率，分度系數，時間常數等參數。5.學習MATLAB在自動控制中的應用，會利用MATLAB提供的函數求出所需要得到的實驗結果。6.從總體上把握對系統進行校正的思路，能夠將理論操作聯系實際、運用于實際。三.課程設計要求1.認真查閱資料；2.遵守課程設計時間安排；3.按時上機，認真調試程序；4.認真書寫報告。四.課程設計內容1.設計思想首先確定其K值，調用MATLAB函數算出截止頻率和相角裕度并通過MATLAB繪制校正前的單位階躍響應曲線，開環(huán)Bode圖和閉環(huán)Nyquist圖。之后在Bode圖上選取新的截止頻率并算出超前網絡參數a和T并寫出新的傳遞函數。最后，通過MATLAB繪制校正后的單位階躍響應曲線，開環(huán)Bode圖和閉環(huán)Nyquist圖。2.設計步驟(1)已知給定的系統為型系統，其靜態(tài)速度誤差系數，題目要求校正后系統的靜態(tài)速度誤差系數，取。調用MATLAB函數：num=6;den=0.03 0.4 1 0;G=tf(num,den);Gm,Pm,Wcg,Wcp=margin(G)求出：Gm=2.2222 幅值裕度Pm=21.2373 相角裕度Wcg=5.7735 相位穿越頻率Wcp=3.7373 幅值穿越頻率使用simulink繪制校正前單位階躍響應曲線繪制校正前開環(huán)Bode圖G=tf(6,conv(conv(1 0,0.1 1),0.3 1);bode(G);grid on繪制校正前閉環(huán)Nyquist圖num=6;den=0.03 0.4 1 6;G=tf(num,den);nyquist(G);grid on(2)采用串聯超前矯正，根據，試在Bode圖上取剪切頻率為6.86的點，此時等式=10，求出a=10,根據求出T=0.046097,再根據G(s)=求出超前傳遞函數為G(s)=，所以系統矯正之后的開環(huán)傳遞函數為G(s)G(s)=調用MATLAB函數：G=tf(conv(0.46097 1,6),conv(conv(conv(1 0,0.1 1),0.3 1),0.046097 1);Gm,Pm,Wcg,Wcp=margin(G)求出：Gm=4.0670 新的幅值裕度Pm=46.4901 新的相角裕度Wcg=15.9019 新的相位穿越頻率Wcp=6.8431 新的幅值穿越頻率矯正之后的相角裕度為46.4901度，滿足要求。使用simulink繪制校正后單位階躍響應曲線繪制校正后開環(huán)Bode圖G=tf(conv(0.46097 1,6),conv(conv(conv(1 0,0.1 1),0.3 1),0.046097 1);bode(G);grid on繪制校正后閉環(huán)Nyquist圖num=2.766 6;den=0.001383 0.04844 0.4461 3.766 6;G=tf(num,den);nyquist(G);grid on(3)綜合figure(1);num=6;den=0.03 0.4 1 6;G=tf(num,den);nyquist(G);hold on;nu=2.766 6;de=0.001383 0.04844 0.4461 3.766 6;H=tf(nu,de);nyquist(H);grid on;figure(2);J=tf(6,conv(conv(1 0,0.1 1),0.3 1);bode(J);hold on;K=tf(conv(0.46097 1,6),conv(conv(conv(1 0,0.1 1),0.3 1),0.046097 1);bode(K);grid on;figure(3);nun=6;dem=0.03 0.4 1 6;L=tf(nun,dem);step(L);hold on;nug=2.766 6;deh=0.001383 0.04844 0.4461 3.766 6;F=tf(nug,deh);step(F)五.課程設計總結這次課設總體感覺沒有上次的MATLAB課設難，因為上次的是毫無頭緒，而這次卻有了校正前的思路，至于校正后，需要鉆研一番。矯正的重點無非就是開環(huán)增益、剪切頻率、相角裕度的選取與計算。這其中也遇到了許許多多的問題，經查找資料與同學探討也同樣克服了許許多多的問題。其實主要的問題無非兩點：對矯正系統的不熟悉；對MATLAB函數的不熟悉。經過一周的課設，理論聯系實際，我不光復習了單位階躍響應曲線，Bode圖和Nyquist圖，也同樣了解了超前矯正的相關內容，受益良多。唯一的不足便是課設的時間很緊，因為我們不光要考英語四六級，也同樣即將進行期末考試，壓力很大啊.六.參考文獻【1】李盛德 MATLAB程序設