自動控制原理課程設(shè)計(jì)參考資料

1、課程設(shè)計(jì)進(jìn)度安排 課程設(shè)計(jì)說明書與圖紙要求 求位置隨動系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型一階直線倒立擺問題EE第2章 連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型lFl 第3章用MATLAB求取時(shí)域響應(yīng) 第4章用MATLAB繪制系統(tǒng)的根軌跡FI第5章用MATLAB進(jìn)行系統(tǒng)的頻域分析 仿真工具Simulink簡介I I課程設(shè)計(jì)的目的:自動控制原理課程設(shè)計(jì)目的是使學(xué)生通過學(xué) 習(xí)本課程后，能初步理論聯(lián)系實(shí)際，應(yīng)用控 制理論初步解決實(shí)際控制問題，能對系統(tǒng)進(jìn) 行校正和提岀改善系統(tǒng)性能的途徑和方法。 能熟練應(yīng)用MATLAB工具來分析和設(shè)計(jì)控制 系統(tǒng)。課程設(shè)計(jì)進(jìn)度安排序號階段內(nèi)容所需時(shí)間（天）1布賈題目、熟悉題目，收集資料，熟悉MATLAB軟件22方案

2、設(shè)計(jì)與論證、理論分析與計(jì)算33系統(tǒng)仿真24撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告25課程設(shè)計(jì)答辯1合計(jì)10課程設(shè)計(jì)說明書與圖紙要求:設(shè)計(jì)完成后，按學(xué)?！罢n程設(shè)計(jì)工作規(guī)范” 中的“統(tǒng)一書寫格式”，撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告 一份，包括：設(shè)計(jì)題目.設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)方案.設(shè)計(jì)原理.設(shè)計(jì)分析與計(jì)算、仿真程序. 仿真波形.結(jié)果分析、心得體會（不少于 800字）.參考文獻(xiàn)（不少于5篇）。課程設(shè) 計(jì)報(bào)告用A4紙打?。ú簧儆?2頁）。4求位置隨動系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型任務(wù)是控制機(jī)械負(fù)載，使其位置與輸入手柄的位置 相協(xié)調(diào)。&位置隨動系統(tǒng)的方框圖各元件微分方程：電橋叫=力0- 2=3 (0 放大器叫(0 =紅“ 測速機(jī)詁絲血 dt電機(jī)幾今+dT=忍血 減

3、速器0() = 1%零初始條件下的拉氏變換：電橋乞(s) = kE0e(5)放大器 u“(s) = kaii(s)測速機(jī) M,(5)= &S0,”(S)電機(jī)(7，+s)0”,(s) = kmua(s) 減速器0.(s)= 仇(s)i各元件傳遞函數(shù)：電橋 = 0（$）放大器G（s） =玉凹=心心）測速機(jī)G(s)=上3 = krs盒(s)電機(jī))=羋由各元部件傳遞函數(shù), 統(tǒng)的傳遞函數(shù)為消去中間變量，得系k 丸 kn(ITtn知($)s(Tfflsl)減速器7(0 =空 = 1%) i7V9.嶺）如e $21 （i+k血燈燈比,rpTP廠1m11 in=一J丁RaJ,n風(fēng)+cc幾m乙怦小，可以忽“略不

4、計(jì)）C川為轉(zhuǎn)矩系數(shù)（牛米/安）Q是反電勢系數(shù)（伏/ （弧度/秒）例：鏈安裝在質(zhì)量為M的小車上，小車受電機(jī)操縱， 在水平方向施加控制力u,相對參考坐標(biāo)系產(chǎn)生 位移x o要求建立該系統(tǒng)的線性數(shù)學(xué)模型一傳 遞函數(shù)（以u為輸入，4榆出）。設(shè)小車瞬時(shí)位置為擺心瞬時(shí)位置為(兀 + Z sin在水平方向，由牛頓第二定律M(乂 + / sin = u一階直線倒立擺問題長度為I ,質(zhì)量為m的單倒立擺，用較即： C(A/ + ml3 cos& sin 9 = u(x+ 7sin &) 1 cos& = tnl sin。在垂直方向：慣性力矩與重力矩平衡 cltn 2即：.xcos -4-/cos2 8 sin &c

5、os& = g sin 3sin&a& , cos&hI , 0彳艮/J、吋忽II各滬&項(xiàng)則有:(M -4- A27)V -4- mQ = Ifj 無 +13 = g&聯(lián)立求解： 空2 =!u(s) (m + M)g - Mis2其等效動態(tài)結(jié)構(gòu)圖為:“(f)-1%)Mis2第2章連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型2.1連續(xù)系統(tǒng)常用的數(shù)學(xué)模型及其轉(zhuǎn)換1.微分方程及傳遞函數(shù)的有理分式模型42一+df 1嚴(yán),I Jt1 dr1 2 d嚴(yán) t(2-1)(2-2)G) 型 3嚴(yán)誓嚴(yán)十+紅尸乞.皿!U(s) +Si derts)在MATLAB語苜中.可以利用分別定義的傳邊函數(shù)分子、分母多項(xiàng)式系敷 向量方便地加以描述.例如

6、對于(2-2)式.系統(tǒng)可以分別定義傳翅函數(shù)的 分子、分母多項(xiàng)式系數(shù)向量為：弋二心 訕屮勺 / sys = tf(nuniden) 刖=1幻at丿J、=/利用MATLAB將上述模型農(nóng)示出來.并將其健立在工作空間中例22已知系統(tǒng)傳遞函數(shù)為g(s匚 坐孕利用MATI-AB將上述模型表示出來。解：其MATLAB命令為：num=7*|23l；den=conv(conv(conv(conv(1,0,053,1 ),1,21), 5,0,33)；sys=tf(num,den)運(yùn)行結(jié)果7Transfer function:14s42l15sA8 + 65 sA7 + 89 sA6 + 83 sA5 + 152

7、 sA4 4 140 sA3 + 32 sA2Conv:多項(xiàng)式乘法函數(shù) HATt A*f U* i g *卄 nixlC7二j .552.傳遞函數(shù)的零極點(diǎn)增益模型A（+）（$亠22）（3+S）(2-3)G(s)=k( + )(+Pj(s + 2.)在MATLAB里，用函數(shù)命令zpk（）來建立控制系統(tǒng)的零極點(diǎn)增益模型，或者將傳遞函數(shù)模型轉(zhuǎn)換為零極點(diǎn)增益模型。zpk（）函數(shù)的調(diào)用格式為,、 V：;sys=zpk(z, p, Ek)Z = L-Z| _Z2，函數(shù)返回的變最sy為連續(xù)系統(tǒng)的零極點(diǎn)增益P = rP 一d 一幾I模型.I例23已知系統(tǒng)傳遽函數(shù)為G二=320）$($ 4.6X5 1)s (s

8、+4.6) (s+1)利用MAT14 B將上述模型表示出來o解: k=5; 茗=20; p=0,46l; sys=zpk(z,p5k)結(jié)果；Zero/pole/gain:5 (+20)3零極點(diǎn)增益模型轉(zhuǎn)換為傳遞函數(shù)模型用法舉例:G(s)=6($+ 3)(s + l)(.v + 2)($ + 5)z=-3;p=-1 ,-2,-5;k=6;num,den=zp2tf(z,p,k); g二tf(num,den)結(jié)果Transfer function:6 s 4-18sA3 + 8 sA2 + 17 s + 102t2.2求閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)1 反饋連接:feedback格式：num9de n=fee

9、dback( num1 ,den1,num29de n2 ,sign)%反饋連接，將系統(tǒng)1的指定輸出oun連接到系統(tǒng)2的輸入，系統(tǒng)2的輸出連接到系統(tǒng)1的指定輸入inp1,以此構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)9 sign缺省時(shí)，默認(rèn)為負(fù)反饋,BPsign= -!2閉環(huán)單位反饋連接：cloop格式：numc,denc=cloop( nu m,de resign)：表示由傳遞函數(shù)表示的開環(huán)系統(tǒng)構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng),:sign意義與上述相同?！纠恳阎答佅到y(tǒng)框圖如圖所示,n1 =1 ;d1=1,0;g1=tf(n1,d1); n2=0.4;d2=0.5,1 ;g2=tf(n2,d2); n3=1 ;d3=4f 1 ;g 3=t

10、f (n 3,d3); n4=12,1;d4=6,1;h=tf(n4,d4); g=g1*g2*g3;sys=feed back(g,h,-1)結(jié)果：Transfer function:2.4 s + 0.412 sA4 + 29 sA3 + 10.5 sA2 + 58 s + 0.4第3章用MATLAB求取時(shí)域響應(yīng)3.1 MATLAB中連續(xù)系統(tǒng)模型表示方法3.2求連續(xù)系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)3.3求連續(xù)系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)3.4求系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)動態(tài)性能指標(biāo)3.5求系統(tǒng)單位斜坡響應(yīng)3.6求系統(tǒng)單位拋物線輸入響應(yīng)3.7控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析的MATLAB實(shí)現(xiàn)31 MATLAB中連續(xù)系統(tǒng)模型表示方法1.連續(xù)

11、系統(tǒng)多項(xiàng)式模型G（門=_ 細(xì)嚴(yán) + W +綣一盧+給MATLAB表示方法分子多項(xiàng)式 num=be, b,bm.h bm分母多項(xiàng)式 den=a,ah . %, aj建立傳遞函數(shù)模型:sys=tf(num,den)2 連續(xù)系統(tǒng)零極點(diǎn)模型0(5)=C(C = y+zJM + s)(S) /?($)(+)“4 幾)” +幾)MATLAB表示方法:比例系數(shù):k=k分子：Z-1-Z , -z2 . . -Zm分母：P=-Pi r P2，Pj建立零極點(diǎn)傳遞函數(shù)模型：sys=zpk(z,p,k)模型轉(zhuǎn)換:num,den=zp2tf(z,p,k)3.2連續(xù)系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)例1求如下系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)叫2 空k

12、69+.O395 R(s) +0.5570 + ().6106在MATLAB 的 E ditor/Debugger輸入程序num= 1.9691 ,5.0395 den= 1,0.5572,0.6106 impulse(num,den)PHI 一！dEa1510Tims (yx4=step(nufntdenvt) maxy=max(y) yss=y(length(t) pos=100*(maxy-yss)/yss tor 1=1:2001if y(i)=maxy n=i;end endtp=(n-1)*0.01 y1-1.05ss y2=0.95yss i=2001 while bOisMts=m-1f0.01 title(9step response*) gridmo mtn“a.maxy =4.9032y1 = 4.4283I1VW(MCI It AT