自动控制理论课程设计.doc

自动控制原理
MATLAB课程设计报告
学院: 水利水电学院
专业: 电气工程及其自动化(电力)
班级: 电力101班
学号:
姓名: 甄浩
指导教师: 杨晓萍、梁振锋、李辉
日期: 2013年6月26日

已知随动系统固有部分传递函数, 式中Kobj=15;Tm=;Tl=,要求设计一调节器,使系统满足下述性能指标。
1:加速度品质因子Kα>=120;
2:系统阶跃响应的超调量σ%<=30%;调节时间ts<=.
:
1、绘制原系统的闭环零极点根轨迹图。
2、绘制原系统的闭环阶跃响应曲线,并确定原系统超调量、上升时间、调节时间。
3、绘制原系统的开环Bode图、闭环Bode图,并确定原系统谐振峰值、带宽、相角裕量、增益裕量。
4、对原系统进行分析,确定校正装置,并求出系统的补偿器传递函数及闭环传递函数。
5、绘制校正后系统的闭环零极点根轨迹图。
6、绘制校正后系统的闭环阶跃响应曲线,并确定系统超调量、上升时间、调节时间。
7、绘制校正后系统的开环Bode图、闭环Bode图,并确定系统谐振峰值、带宽、相角裕量、增益裕量。
校正前原系统分析
1对该系统进行分析,绘制系统开环的单位阶跃响应曲线,由Matlab绘制该系统的阶跃响应曲线如下图所示:
该系统程序如下:
num=[15];
den=[0,004,,1,0];
step(tf(num,den)) %阶跃响应
2该系统的闭环阶跃响应曲线由Matlab绘制该系统的阶跃响应曲线如下图所示:
该系统程序如下:
num=[5];
den=[,,1,15];
step(tf(num,den)) %阶跃响应
3对该系统进行分析,由Matlab绘制Bode图,图形如下:
改程序如下:
num=[15];
den=[,,1,0];
G=tf(num,den);
bode(G)
4对该系统进行分析,由Matlab绘制Nyqist图,图形如下:
该程序如下:
num=[15];
den=[,,1,0];
G=tf(num,den);
nyquist(G)
5根据系统分析,绘制根轨迹:
该程序如下:
num=[15];
den=[,,1,0];
rlocus(num,den) %求根轨迹
6幅值裕量和相位裕量
num=[15];
den=[,,1,0];
G=tf(num,den);
margin(G)
四校正过程系统分析
根据题意,采用PID调节器,把系统设计成典型II型系统
系统的开环传递函数为:
根据系统阶跃响应动态指标要求,可按下表查出,取h=7比较合适。
校正后系统开环传递函数为:
五校正后系统分析
1Matlab程序求闭环控制系统单位阶跃响应动态指标
% Matlab程序如下:
clear
num=[ 204];
den=[ 1 0 0];
G=tf(num,den);
Gy_c=feedback(G,1)
figure(1)
step(Gy_c,'r');
hold on
grid
[y1,t]=step(Gy_c); %求出该系统的单位阶跃响应
ytr=find(y1>=);
rise_time1=t(ytr(1)) %计算上升时间
[ymax,tp]=max(y1);
peak_time1=t(tp) %计算峰值时间
max_overshoot1=ymax-1 %计算超调量
s=length(t);
while y1(s)>&y1(s)<
s=s-1;
end
settling_time1=t(s) %计算调整时间
运算结果:
(1)单位阶跃响应曲线
动态指标:
闭环传递函数:Transfer function:
s + 204
------------------------------
s^3 + s^2 + s + 204

上升时间:rise_time1 =
峰值时间:peak_time1 =