昆明學(xué)院自動控制原理課程設(shè)計

1、課程設(shè)計（大作業(yè)）報告課程名稱： 自動控制理論 設(shè)計題目： 自動控制系統(tǒng)建模、分析及校正 院 系：自動控制與機(jī)械工程學(xué)院 班 級：電氣工程及其自動化2011級3班 設(shè) 計 者： 楊承明 學(xué) 號： 201104170125 指導(dǎo)教師：楊祖元，李云娟 設(shè)計時間：2013.12.162013.12.20 昆明學(xué)院課程設(shè)計（大作業(yè)）任務(wù)書姓 名：楊承明院（系）：自動控制與機(jī)械工程學(xué)院專 業(yè)：電氣工程及其自動化 學(xué) 號：201104170125任務(wù)起止日期：第十五周（2013年12月16日2013年12月20日）課程設(shè)計題目：自動控制系統(tǒng)建模、分析及校正課程設(shè)計要求：1了解matlab軟件的基本特點(diǎn)和功

2、能,熟悉其界面、菜單和工具條；掌握線性系統(tǒng)模型的計算機(jī)表示方法、變換以及模型間的相互轉(zhuǎn)換。了解控制系統(tǒng)工具箱的組成、特點(diǎn)及應(yīng)用；掌握求線性定常連續(xù)系統(tǒng)輸出響應(yīng)的方法，運(yùn)用連續(xù)系統(tǒng)時域響應(yīng)函數(shù)（impulse,step,lsim），得到系統(tǒng)的時域響應(yīng)曲線。2掌握使用MATLAB軟件繪制開環(huán)系統(tǒng)的幅相特性曲線、對數(shù)頻率特性曲線；觀察控制系統(tǒng)的觀察開環(huán)頻率特性，對控制系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性進(jìn)行分析；3掌握MATLAB軟件中simulink工具箱的使用；熟悉simulink中的功能模塊，學(xué)會使用simulink對系統(tǒng)進(jìn)行建模；掌握simulink的仿真方法。工作計劃及安排：在第15周內(nèi)（2013.12.1

3、62013.12.20）內(nèi)完成規(guī)定的題目。指導(dǎo)教師簽字 年 月 日 課程設(shè)計（大作業(yè)）成績學(xué)號：201104170125 姓名：楊承明 指導(dǎo)教師：楊祖元、李云娟課程設(shè)計題目：自動控制系統(tǒng)建模、分析及校正總結(jié)：通過這幾天對matlab軟件的學(xué)習(xí)覺得很是有意思，即使matlab軟件界面全部是英文，而且有很多專業(yè)的詞匯，有些看都看不懂，但是通過自己不斷的努力，最終還是把老師布置的任務(wù)給完成了。在這其中，我遇到了很多的問題，就比如第九題的簡單的畫圖，開始幾個題簡單的傳遞函數(shù)都不會，但是通過問同學(xué)，問老師，上網(wǎng)查閱資料，最終還是把這些任務(wù)給完成了，每當(dāng)自己攻克了自己不會的問題的時候都會感覺到有說不出的成

4、就感。我覺得我們的學(xué)習(xí)就是應(yīng)該多有一些這樣自己動手的課程，這樣既能鞏固理論知識又能鍛煉自己對新事物的學(xué)習(xí)能力。指導(dǎo)教師評語：成績：填表時間：指導(dǎo)教師簽名：課程設(shè)計（大作業(yè)）報告1.用matlab語言編制程序，實(shí)現(xiàn)以下系統(tǒng)：1） 解：num=5,24,18; >> den=1,4,6,2,2; >> G=tf(num,den) Transfer function: 5 s2 + 24 s + 18 - s4 + 4 s3 + 6 s2 + 2 s + 2 2）解：num=4*conv(conv(1,2,1,6,6),1,6,6);den=conv(conv(conv(co

5、nv(1,0,1,1),1,1),1,1),1,3,2,5);>> tf(num,den)Transfer function: 4 s5 + 56 s4 + 288 s3 + 672 s2 + 720 s + 288-s7 + 6 s6 + 14 s5 + 21 s4 + 24 s3 + 17 s2 + 52.兩環(huán)節(jié)G1、G2串聯(lián)，求等效的整體傳遞函數(shù)G(s) 解：G1=tf(1,1,3);>> G2=tf(7,1,2,1);>> G=G1*G2Transfer function: 7-s3 + 5 s2 + 7 s + 33.兩環(huán)節(jié)G1、G2并聯(lián)，求等效的

6、整體傳遞函數(shù)G(s) 解：G1=tf(1,1,3);G2=tf(7,1,2,1);>> G=parallel(G1,G2) Transfer function: s2 + 9 s + 22-s3 + 5 s2 + 7 s + 34.已知系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖，求閉環(huán)傳遞函數(shù)。其中的兩環(huán)節(jié)G1、G2分別為解：G1=tf(3,100,1,2,81);G2=tf(2,1,5);G=feedback(G1,G2)Transfer function: 3 s2 + 115 s + 500-s3 + 7 s2 + 97 s + 6055.已知某閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為，求其單位階躍響應(yīng)曲線，單位脈沖響應(yīng)曲線

7、。解：單位階躍響應(yīng)程序：sys=tf(10,25,0.16,1.96,10,25);step(sys); 單位脈沖響應(yīng)程序：sys=tf(10,25,0.16,1.96,10,25);>> impulse(sys);6.典型二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為 ， 為自然頻率， 為阻尼比，試?yán)L出當(dāng)=0.5，分別取-2、0、2、4、6、8、10時該系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線；分析阻尼比分別為0.5、1時系統(tǒng)的穩(wěn)定性。解：(1) 程序如下：w=0:2:10;kosai=0.5;figure(1)hold onfor Wn=wnum=Wn2;den=1,2*kosai*Wn,Wn2;step(num,den

8、)endgrid on; 注：從右到左是2，4，6，8，10的單位階躍響應(yīng)曲線w=-2kosai=0.5;figure(1)Wn=wnum=Wn2;den=1,2*kosai*Wn,Wn2;step(num,den)grid on;title('單位階躍響應(yīng)')xlabel('時間')ylabel('振幅')w =-2Wn = -2單位階躍響應(yīng)圖:（2）分析阻尼比分別為0.5、1時系統(tǒng)的穩(wěn)定性。1）當(dāng)=-0.5時： 程序：>> w=-2:2:10;>> kosai=-0.5;hold onfor Wn=wden=1,2*k

9、osai*Wn,Wn2;v=roots(den)endv = -1.0000 + 1.7321i -1.0000 - 1.7321iv = 0 0v = 1.0000 + 1.7321i 1.0000 - 1.7321iv = 2.0000 + 3.4641i 2.0000 - 3.4641iv = 3.0000 + 5.1962i 3.0000 - 5.1962iv = 4.0000 + 6.9282i 4.0000 - 6.9282iv = 5.0000 + 8.6603i 5.0000 - 8.6603i由特征根可得，當(dāng)w=-2時系統(tǒng)穩(wěn)定，當(dāng)w=0時系統(tǒng)臨界穩(wěn)定，當(dāng)w=2、4、6、8、1

10、0時，系統(tǒng)不穩(wěn)定。2）當(dāng)=-1時：程序：clear>> w=-2:2:10;kosai=-1;hold onfor Wn=wden=1,2*kosai*Wn,Wn2;v=roots(den)endv = -2 -2v = 0 0v = 2 2v = 4 4v = 6.0000 + 0.0000i 6.0000 - 0.0000iv = 8 8v = 10 10由特征根可得，當(dāng)w=-2時系統(tǒng)穩(wěn)定，當(dāng)w=0時系統(tǒng)臨界穩(wěn)定，當(dāng)w=2、4、6、8、10時，系統(tǒng)不穩(wěn)定。7.單位反饋系統(tǒng)前向通道的傳遞函數(shù)為： ，試?yán)L制該系統(tǒng)的Bode圖和Nyquist曲線，說明軟件繪制曲線與手動繪制曲線的異同

11、。解：程序>> num=2,8,12,8,2;den=1,5,10,10,5,1;Bode(num,den)>> grid> num=2,8,12,8,2;den=1,5,10,10,5,1;nyquist(num,den)v=-2,2,-2,2;axis(v)grid>> title('Nyquist曲線')8已知某控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)，試?yán)L制系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性曲線，并求出系統(tǒng)的幅值與相位裕量。解：程序G=tf(1,5,conv(conv(1,0,1,1),1,2)； >> bode(G)G=tf(1.5,conv(co

12、nv(1,0,1,1),1,2);Gm,Pm=margin(G)Gm = 4.0000Pm = 41.53409.在SIMULINK中建立系統(tǒng)，該系統(tǒng)階躍輸入時的連接示意圖如下。k為學(xué)生學(xué)號后三位。繪制其單位階躍響應(yīng)曲線，分析其峰值時間tp、延遲時間td、上升時間tr、調(diào)節(jié)時間ts及超調(diào)量。解：本人學(xué)號后三位為125，所以K=125.>> num1=1;>> den1=1,0;>> sys1=tf(num1,den1);>> num2=125;>> den2=1,9;>> sys2=tf(num2,den2);>&g

13、t; sys12=sys1*sys2;>> G=feedback(sys12,1);>> step(G)>>grid分析其峰值時間tp、延遲時間td、上升時間tr、調(diào)節(jié)時間ts及超調(diào)量,閉環(huán)系統(tǒng)的函數(shù)： 125-s2 + 9 s + 125（1）峰值時間>> G1=tf(125,1,9,125);y,t=step(G1);Y,K=max(y);tp=t(K)tp = 0.3031（2）延遲時間td>> y,t=step(G1);>> c=dcgain(G); >> i=1;>> while y(i)

14、<0.5*ci=i+1;end>> td=t(i)td = 0.1049（3）上升時間>> G1=tf(125,1,9,125);>> y,t=step(G1);>> c=dcgain(G); n=1; while y(n)<c n=n+1; end; >> tr=t(n)tr = 0.1632（4）調(diào)節(jié)時間>> c=dcgain(G); i=length(t); while(y(i)>0.98*c)&(y(i)<1.02*c) i=i-1; end ts=t(i) ts = 0.8934（

15、5）超調(diào)量>> G1=tf(125,1,9,125);>> y,t=step(G1);>> c=dcgain(G1);>> Y,K=max(y);>> a=(Y-c)/ca = 0.2510*10. 給定系統(tǒng)如下圖所示，試設(shè)計一個串聯(lián)校正裝置，使截止頻率c=40rad/s、相位裕度45º解：（1）求原系統(tǒng)的截止頻率c、相位裕度程序：clearG=tf(100, 0.04, 1, 0);Gw, Pw, Wcg, Wcp=margin(G) 運(yùn)行結(jié)果： Gw = InfPw =28.0243Wcg =InfWcp =46.9701由運(yùn)行結(jié)果可知相位裕度滿足要求，截止頻率不滿足要求。所以采用超前校正。校正程序：clearG1=tf(100,0.04 1 0);G2=tf(0.625 2.75 1,0.625