自动控制原理课程设计课题六.docx

自动控制原理课程设计课题六.docxCITYCOLLEGEOFSCIENCEANDTECHNOLOGY,CHONGQINGUNIVERSITY吕动控制原理课程设计课题: 课题六 专业: 班级: 学号: 姓名: 指导教师: 设计日期: 成绩: 目录一、 设计目的 3二、 设计要求 3三、 设计内容 3四、 实现过程 41校正前的根轨迹计算 42校正前的bode图计算 8五、 总结 8六、 附录 8七、 参考文献 10一、 设计目的掌握控制系统设计与校正的步骤和方法。掌握对控制系统相角裕度、稳态误差、截止频率、穿越频率以及幅值裕度的求取方法。掌握利用Matlab对控制系统分析的技能。熟悉MATLAB这一解决具体工程问题的标准软件,能熟练地应用MATLAB软件解决控制理论中的复杂和工程实际问题。提高控制系统设计和分析能力。二、 设计要求前期基础知识,主要包括MATLAB系统要素,MATLAB语言的变量与语句,MATLAB的矩阵和矩阵元素,数值输入与输出格式,MATLAB系统工作空间信息,以及MATLAB的在线帮助功能等。控制系统的时域分析,主要包括系统的各种响应、性能指标的获取、零极点对系统性能的影响、高阶系统的近似研究,控制系统的稳定性分析,控制系统的稳态误差的求取。控制系统的根轨迹分析,主要包括多回路系统的根轨迹、零度根轨迹、纯迟延系统根轨迹和控制系统的根轨迹分析。控制系统的频域分析,主要包括系统Bode图、Nyquist图、稳定性判据和系统的频域响应。控制系统的校正,主要包括根轨迹法超前校正、频域法超前校正、频域法滞后校正以及校正前后的性能分析。三、 设计内容单位负反馈系统的开环传递函数为:5(+1)(+1)1、 手动画出未校正系统的Bode图,分析系统是否稳定。2、 手动画出未校正系统的根轨迹图,分析闭环系统是否稳定。3、 设计系统的串联滞后超前校正装置,使系统达到下列指标:(1) 静态速度误差系数Kv>100s4;(2) 相位裕量丫>40°(3) 截止频率coc=20rad/so4、 给出校正装置的传递函数。5、 用MATLAB分别画出校正前,校正后和校正装置的幅频特性图。计算校正后系统的截止频率叫、相位裕量丫、穿越频率血和幅值裕量阮6、 用MATLAB分别画出系统校止前、后的开环系统奈奎斯特图,并进行分析。7、 应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响。:Gk(s)=1000ks(s+10)(s+100)n=3,m=0p1=0,p2—10,p3=-100坐标轴上根轨迹:(-oo,-100],[-10,0]渐近线计算:5a=-110/3=-=±(2k+1)兀/3=±-,±tc3⑸分离点计算:扌+血+血得dl=-,d2=-(舍去)。则根轨迹图如下:由根轨迹图可知,随着K的变化进入右半平面,不满足系统稳定性的要求,故不满足系统稳定的要求,需耍对它进行改进。:Gk(jco)=100---—一式中包含比例环节、ja))+)+l积分环节、惯性环节。确定典型环节转折频率,分别为:(0讦10,32=100。因为积分环节,低频段的斜率为-20db/dec,比例环节K=100,可求出co=l时的分贝值201gk=201gl00=40dbo由低频向高频延仲,依次确定频率变化:起始-20db/dec,coi—>co2:・40db/dec,co2^oo:-60db/dec确定频率范围,画出对数坐标系:在对数幅频特性图上,剪切频率coc=((oc)=°<400,由此可知,系统不满足要求需对其进行校正。>100s-1可得:Kv=limscok(s)=lims•STOk stO kS(+1)(+1)=100K=Kv=100(1)计算穿越频率%:A(cocl)=100 3ci/(°・la)ci+1)・(0・01g)ci+1)得(ocl=(2)相位裕度r0(o)c)=180°+(—90°——)=°可见相位裕度不满足要求,为了不影响低频特性和改善动态响应性能,采用超前校正。(3)确定为使相角裕量达到耍求值,所需增加的超前相角:(pc=r-r0+e=40°-+12°=°(e=12°)令超前校止网络的最大超前相角(pc=(pm,由下式求岀校正装置的参数山a==-sin(pm1-0・78l+sin(pm1+0.