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自控课程设计

目录

一、设计目的2

二、设计内容与要求2

设计内容2

设计条件2

设计要求2

三、设计方法2

1、自学MATLAB2

2、校正函数的设计4

3、函数特征根5

4、函数动态性能6

5、根轨迹图11

6、Nyquist图14

7、Bode图15

四、心得体会17

五、参考文献18

一、设计目的

1、了解控制系统设计的一般方法和步骤

2、掌握对系统进行稳定性分析、稳态误差分析及动态特性分析的方法

3、掌握利用MATLAB对控制理论内容进行分析和研究的技能

4、提高分析问题解决问题的能力

二、设计内容和要求

设计内容：

1、阅读有关资料

2、对系统进行稳定性分析、稳态误差分析及动态特性分析

3、绘制根轨迹图、bode图、nyquist图

4、设计校正系统，满足工作要求

设计条件：已知单位负反馈系统的开环传递函数G(S)K0试用频率法设

S(S1)

计串联超前校正装置，使系统的相角裕量450，在单位斜坡输入下的稳

1

态误差erad，截止频率不低于7.5rads。

15

设计要求：

1.能用MATLAB解复杂的自动控制理论题目。

2.能用MATLAB设计控制系统以满足具体的性能指标。

3.能灵活应用MATLAB的CONTROLSYSTEM工具箱和SIMULINK仿真软件，

分析系统的性能。

三、设计方法

1自学ＭＡＴＬＡＢ软件的基本知识，包括ＭＡＴＬＡＢ的基本操作命令。控制

系统工具箱的用法等，并上机实验。

2基于ＭＡＬＡＢ用频率法对系统进行串联校正设计，使其满足给定的领域性能

指标。要求程序执行的结果中有校正装置传递函数和校正后系统开环传递函数，

校正装置的参数Ｔ，α等的值，确定开环增益K。

k

根据题意可得=15

校正前系统的bode图，检验频域性能指标是否满足题目要求：

clearall;

g=tf(15*[1],[110]);

margin(g)

grid;

分析：由结果可知，原系统相角裕度r=14.70，=3.81rad/s，不满足指标

c

要求，系统的Bode图如上图所示。考虑采用串联超前校正装置，以增加系

统的相角裕度。

系统的串联超前校正的传递函数：

wc=10

根据题意取

clearall;

g=tf(15*[1],[110]);

margin(g);

wc1=10;

[m,p,w]=bode(g);

m1=spline(w,m,wc1);

a=m1^(-2);

t=1/(wc1*sqrt(a));

gc=tf([a*t1],[t1])

Transferfunction:

0.67s+1

0.01493s+1

检验校正后的系统稳定性能指标是否符合要求：

sys=g*gc;

margin(sys);

分析：由结果可知，原系统相角裕度r=78.70，=10rad/s，满足指标要求，系

c

统的Bode图如上图所示。

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