自控课设用MATLAB进行控制系统的滞后校正设计

武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书1学号：0120811360226课程设计题目自动控制原理课程设计学院自动化专业自动化班级自动化0802姓名指导教师年月日武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书2课程设计任务书学生姓名：专业班级：自动化0802指导教师：工作单位：自动化学院题目:用MATLAB进行控制系统的滞后校正设计。初始条件：已知一单位反馈系统的开环传递函数是)2.01)(1.01()(sssKsG要求系统的静态速度误差系数1100SKv，40。要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、用MATLAB作出满足初始条件的K值的系统伯德图，计算系统的幅值裕量和相位裕量。2、系统前向通路中插入一相位滞后校正，确定校正网络的传递函数。3、用MATLAB画出未校正和已校正系统的根轨迹。4、课程设计说明书中要求写清楚计算分析的过程，列出MATLAB程序和MATLAB输出。说明书的格式按照教务处标准书写。时间安排：任务时间（天）审题、查阅相关资料2分析、计算3.5编写程序2撰写报告2论文答辩0.5指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书3目录1．未校正时系统分析---------------------------------------------------------------------11.1伯德图绘制-------------------------------------------------------------------------11.2未校正系统的相位裕度和幅值裕度-------------------------------------------22．确定滞后校正传递函数-------------------------------------------------------------33.系统校正前后根轨迹图---------------------------------------------------------------43.1未校正系统根轨迹图-------------------------------------------------------------43.2校正后系统根轨迹图-------------------------------------------------------------64.心得体会----------------------------------------------------------------------------------8参考文献-------------------------------------------------------------------------------------9武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书11．未校正时系统分析1.1伯德图绘制(1)根据稳态误差的要求，确定系统的开环增益K100)12.0)(11.0(lim0sssKsKsv则解得100k2）由于开环增益100k,在MATLAB中输入以下命令：G=tf(100,[0.02,0.3,1,0]);margin(G)则可得未校正系统的伯德图如图1所示：图1校正前系统的伯德图武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书21.2未校正系统的相位裕度和幅值裕度令s=jω)04.01)(01.01()1002()04.01)(01.01(30)2.01)(1.01(100)(22222jjjjjG）（cjG180由校正前Bode图可以得出其剪切频率为15.9，可以求出其相角裕度为4.404.16lg2015.0)(1gggKhjGK武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书32．确定滞后校正传递函数130180)(cjG45.2c028.01lg20)(lg20aajG67.82tan1TaTcssTsTasGc67.82131.2111在MATLAB中输入以下命令：n=[2.31,1];d=[1.65,24.82,82.97,1,0];rlocus(n,d)G=tf(100*n,d);margin(G)其伯德图如下图2系统校正后伯德图武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书4由伯德图可得402.40满足设计要求3.系统校正前后根轨迹图3.1未校正系统根轨迹图系统校正前传递函数为：)2.01)(1.01()(0sssKsG由传递函数可知其根轨迹有3条分支，其极点为（0，0），（-10，0），（-5，0），没有零点，其实轴上的主要根轨迹为0,5,10,5035100，渐近线交点为（-5，0）渐近线与实轴夹角，240,120,0,0300,180,60,0210210kk将js代入系统特征方程得：)02.0(3.0)(32jKjD令其实部为零，解得：0,07.7-,07.7，K=15，故与虚轴交点为（0，7.07），（0，-7.07）和（0，0）0101511ddd解得：89.7,11.221dd（舍去）在matlab的命令窗口中输入的程序为：n=1;d=[0.02,0.3,1,0];rlocus(n,d)武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书5图3未校正系统根轨迹图武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书63.2校正后系统根轨迹图校正后系统传递函数为)67.821)(2.01)(1.01()31.21()()(0sssssKsGsGc由传递函数可知其根轨迹有3条分支，其极点为（0，0），（-10，0），（-5，0），（-0.012，0）零点为（-0.43，0），其实轴上的主要根轨迹为)0,012.0(,43.0,5,10,86.414)43.0()012.05100(，渐近线交点为（-4.86，0）渐近线与实轴夹角，240,120,0,0300,180,60,0210210kk将js代入系统特征方程得：)82.2498.84(297.8265.1)(324KjKjD令其实部虚部都为零，解得：57.14,006.7-,06.7K或，故与虚轴交点为（0，7.06），（0，-7.06）和（0，0）43.01012.01101511ddddd解得：（舍去）舍去81.7,66.1,11.1),(006.04321dddd在matlab的命令窗口中输入的程序为：n=[2.31,1];d=[1.65,24.82,82.97,1,0];rlocus(n,d)武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书7图4系统校正后根轨迹图武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书84.心得体会通过这次课程设计我对所学的知识有了更深刻的理解，学会并熟练掌握了matlab软件的知识，以及一些重要的编程函数。提高了自己分析问题、解决问题的能力，并应用知识的能力，课程设计是比较接近于生产实际的，从中对自己未来的工作情况也有了一定的了解。通过查阅各种资料，了解了许多课外的知识，拓宽了自己的知识面。以后在平时要多了解些课外的知识，提高自己的综合能力。武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书9参考文献[1]王万良.《自动控制原理》.北京：高等教育出版社.，2008[2]刘叔军.《MATLAB7.0控制系统应用与实例》.北京：机械工业出版社，2006[3]王正林.《MATLAB/Simulink与控制系统仿真》.北京：电子工业出版，2005[4]何衍庆.《MATLAB语言的运用》.北京：化学工业出版社，2003[5]李素玲.《自动控制原理》.西安：西安电子科技大学出版社，2007[6]李友善.《自动控制原理360题》.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社2002武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书10本科生课程设计成绩评定表姓名性别男专业、班级课程设计题目：用MATLAB进行控制系统的滞后校正设计课程设计答辩或质疑记录：成绩评定依据：评分项目分值评分1．选题合理、目的明确102．设计方案正确，具有可行性、创新性203．设计结果：仿真与实验验证204．态度认真、学习刻苦、独立完成任务155．设计报告规范化、参考文献充分、无原则性错误106．答辩25总分100最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字：2011年月日