自動控制理論課程設計報告

1、自動控制理論課程設計報告 班 級： 姓 名： 學 號： 指導老師 ： 2014年6月27日一題目048某單位反饋控制系統(tǒng)中被控對象傳遞函數(shù)為，給定矩形穩(wěn)態(tài)誤差禁區(qū)高度，檢查點頻率為。同時要求相位裕量不小于，試設計串聯(lián)校正環(huán)節(jié)。二.原系統(tǒng)分析編程繪制其單位階躍響應曲線，伯德圖，根軌跡，奈氏圖如下，并計算出有關參數(shù)。編程繪制校正裝置。并繪制校正后的單位階躍響應曲線，伯德圖，根軌跡，奈氏圖。2.1原系統(tǒng)的單位階躍響應圖1）程序如下程序：clearclcnum0=80; den0=conv(1 0,conv(0.2 1,0.5 1);G0=tf(num0,den0);y,t=step(feedback

2、(G0,1); figure(1)plot(t,y,'Linewidth',1.5)grid ontitle('校正前的系統(tǒng)單位階躍響應')dispoutput(t,y,G0);dispoutput函數(shù)用來顯示系統(tǒng)的動態(tài)性能指標，輸入值為時間序列t，相應值y，以及系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)G0。function dispoutput(t,y,G0)Y,k=max(y); tp=fix(t(k)*100)/100; disp('峰值時間tp =' num2str(tp) 's'); C=dcgain(feedback(G0,1); M=fi

3、x(1000*(Y-C)/C)/10;disp('超調(diào)量=' num2str(M) '%'); n=1;while y(n)<0.1*C n=n+1; endm=k;while y(n)>0.9*C m=m-1; endrisetime=fix(100*(t(m)-t(n)/100; disp('上升時間 tr =' num2str(risetime) 's'); i=length(t); while (y(i)>0.98*C)&(y(i)<1.02*C) i=i-1; end Settingtim

4、e=fix(100*t(i)/100; disp('調(diào)節(jié)時間 ts =' num2str(Settingtime) 's'); F,h=findpeaks(y);rate=fix(100*(F(1)-C)/(F(2)-C)/100; disp('衰減比 =' num2str(rate) '%') end2）運行結(jié)果如下： G0 = 80 - 0.1 s3 + 0.7 s2 + sContinuous-time transfer function.峰值時間tp =23.67s超調(diào)量 =6.404157442777027e+26%上升

5、時間tr =23.57s調(diào)節(jié)時間ts =23.8s衰減比 =0.14%3）繪出原系統(tǒng)的單位階躍響應如圖1所示：圖1 由單位階躍響應曲線的發(fā)散性知，原系統(tǒng)不穩(wěn)定。2.2原系統(tǒng)的Bode圖2.2.1原系統(tǒng)的開環(huán)Bode圖1）應用Matlab繪制出開環(huán)系統(tǒng)Bode圖，程序如下：num0=80; den0=conv(1 0,conv(0.2 1,0.5 1);G0=tf(num0,den0);figure(2)margin(G0); grid on2） 原系統(tǒng)開環(huán)Bode圖如圖2：圖2由Bode圖可知，增益裕量=-21.2<1，相角裕量=-47.5<0，原系統(tǒng)不穩(wěn)定。幅值剪切頻率Wcg=3

6、.16，相位剪切頻率Wcp=8.78。由Bode圖確定原系統(tǒng)諧振峰值、帶寬 1）程序如下：num0=80; den0=conv(1 0,conv(0.2 1,0.5 1);G0=tf(num0,den0);m,p,w=bode(G0);Mr=max(m); wr=spline(m,w,Mr); disp('諧振峰值Mr =' num2str(Mr);disp('系統(tǒng)帶寬wr =' num2str(wr); 2）運行結(jié)果如下：諧振峰值Mr =798.8421系統(tǒng)帶寬wr =0.12.2.2原系統(tǒng)的閉環(huán)Bode圖1）應用Matlab繪制出閉環(huán)系統(tǒng)Bode圖，程序如下

7、：num0=80; den0=conv(1 0,conv(0.2 1,0.5 1);G0=tf(num0,den0);figure(3)margin(feedback(G0,1); grid on運行結(jié)果如下：Gm = InfPm = -101Wcg = NaNWcp = 9.582）原系統(tǒng)閉環(huán)Bode圖如圖3：圖3由Bode圖可知，增益裕量=，相角裕量=-101，幅值剪切頻率Wcg不存在，相位剪切頻率Wcp=9.58。2.3原系統(tǒng)的根軌跡1）應用Matlab繪制出開環(huán)系統(tǒng)的根軌跡，程序如下：num0=80; den0=conv(1 0,conv(0.2 1,0.5 1);G0=tf(num0

8、,den0)figure(4)rlocus(feedback(G0,1); grid on 2）運行結(jié)果如下：G0 = 80 - 0.1 s3 + 0.7 s2 + s Continuous-time transfer function.3）原系統(tǒng)的閉環(huán)根軌跡如圖4：圖42.4 原系統(tǒng)的奈氏圖應用Matlab繪制出開環(huán)系統(tǒng)的根軌跡，程序如下：num0=80; den0=conv(1 0,conv(0.2 1,0.5 1); G0=tf(num0,den0);figure(5)nyquist(G0); grid on 乃氏圖如下（圖5）圖5三.校正裝置的設計3.1 校正裝置參數(shù)的確定原系統(tǒng)的相角

9、裕度為-47.5，由于單次校正提供的的相角裕度不超過60°，所以采用兩次校正來實現(xiàn)該控制系統(tǒng)的校正，串聯(lián)超前環(huán)節(jié)校正裝置的傳遞函數(shù)：，滯后裝置的傳遞函數(shù)為。稱為分度系數(shù)，T稱為時間。3.2 串聯(lián)校正設計過程1）Matlab程序如下：子程序：clearclcnum0=80; den0=conv(1 0,conv(0.2 1,0.5 1);G0=tf(num0,den0)margin(G0); % 原系統(tǒng)的相角裕度為-47.5¡pha=60*pi/180; %超前校正單次提供的超前相位為60¡ãa=(1+sin(pha)/(1-sin(pha);M1=1/s

10、qrt(a);mag,phase,w=bode(G0);Wc=spline(mag,w,M1);T=1/(Wc*sqrt(a);Tf=a*T;Gc1=tf(Tf 1,T 1) %超前網(wǎng)絡G1=Gc1*G0pha=-180+34+6; %滯后網(wǎng)絡參數(shù)求取mag,phase,w=bode(G1);Wc=spline(phase,w,pha);M1=spline(phase,mag,pha);b=1/M1;T=10/(b*Wc);Gc2=tf(b*T 1,T 1); G=G1*Gc2;2）運行結(jié)果：Gc1 = 0.2657 s + 1 - 0.01908 s + 1 Continuous-time

11、transfer function.Gc2 = 3.587 s + 1 - 65.14 s + 1 Continuous-time transfer function.G = 76.25 s2 + 308.2 s + 80 - 0.1243 s5 + 7.386 s4 + 46.95 s3 + 65.86 s2 + s Continuous-time transfer function.3）因此校正后系統(tǒng)：相角裕量=34.5>30 ，增益裕量=22.8>1 所以校正后系統(tǒng)穩(wěn)定，滿足要求 即4)原系統(tǒng)和校正后系統(tǒng)的單位階躍響應曲線如下（圖6）（紅色虛線為校正前，藍色實線為校正后）圖6

12、原系統(tǒng)和校正后系統(tǒng)的bode圖如下（圖7）（藍色實線為校正前，綠色實線為校正后）圖7四校正后系統(tǒng)分析4.1 校正后系統(tǒng)的單位階躍響應曲線校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：校正后系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為： 2校正后系統(tǒng)的單位階躍響應 1）應用Matlab繪制出閉環(huán)系統(tǒng)單位階躍響應曲線，程序如下：clearclcnum0=80; den0=conv(1 0,conv(0.2 1,0.5 1);G0=tf(num0,den0)Gc=tf(conv(0.2657 1,3.587 1),conv(0.01908 1,65.14 1);G=G0*Gcy,t=step(feedback(G,1);figure(4)pl

13、ot(t,y)grid ondispoutput(t,y,G)運行結(jié)果如下：G = 76.25 s2 + 308.2 s + 80 - 0.1243 s5 + 7.386 s4 + 46.95 s3 + 65.86 s2 + s Continuous-time transfer function.峰值時間tp =1.06s超調(diào)量 =40.1%上升時間tr =0.89s調(diào)節(jié)時間ts =3.88s衰減比 =6.91%單位階躍響應如下圖（圖8）：圖8根據(jù)結(jié)果得校正后系統(tǒng)的超調(diào)量=40.1，上升時間=0.89，峰值時間，調(diào)節(jié)時間=3.88。由校正后的單位階躍響應曲線知，系統(tǒng)穩(wěn)定。4.2 校正后系統(tǒng)的B

14、ode圖4.2.1校正后系統(tǒng)的開環(huán)Bode圖1）程序如下：clearclcnum0=80; den0=conv(1 0,conv(0.2 1,0.5 1);G0=tf(num0,den0)Gc=tf(conv(0.2657 1,3.587 1),conv(0.01908 1,65.14 1);G=G0*Gcfigure(5)margin(G)grid on2）校正后系統(tǒng)開環(huán)Bode如圖9：圖93）由Bode圖確定原系統(tǒng)諧振峰值、帶寬 （1）程序如下：num0=80; den0=conv(1 0,conv(0.2 1,0.5 1); G0=tf(num0,den0);Gc=tf(conv(0.2

15、657 1,3.587 1),conv(0.01908 1,65.14 1);G=G0*Gcm,p,w=bode(G);Mr=max(m); wr=spline(m,w,Mr); disp('諧振峰值Mr =' num2str(Mr);disp('系統(tǒng)帶寬wr =' num2str(wr);（2）運行結(jié)果如下：諧振峰值Mr =799983.0782系統(tǒng)帶寬wr =0.00013）所以校正后系統(tǒng)的諧振峰值=799983，帶寬=0.0001 4.2.2校正后系統(tǒng)的閉環(huán)Bode圖1）程序如下：clearclcnum0=80; den0=conv(1 0,conv(0.

16、2 1,0.5 1);G0=tf(num0,den0)Gc=tf(conv(0.2657 1,3.587 1),conv(0.01908 1,65.14 1);G=G0*Gcfigure(6)margin(feedback(G,1)grid on2）校正后系統(tǒng)閉環(huán)Bode如圖10：圖104.3 校正后系統(tǒng)的Nyquist曲線應用Matlab繪制出開環(huán)系統(tǒng)的奈奎斯特曲線，程序如下：clearclcnum0=80; den0=conv(1 0,conv(0.2 1,0.5 1);G0=tf(num0,den0)Gc=tf(conv(0.2657 1,3.587 1),conv(0.01908 1,

17、65.14 1);G=G0*Gcfigure(7)nyquist(G)校正后的nyquist圖（圖11）圖11由校正后的nyquist圖知，校正后系統(tǒng)穩(wěn)定4.4 校正后系統(tǒng)的根軌跡1）程序如下：clearclcnum0=80; den0=conv(1 0,conv(0.2 1,0.5 1);G0=tf(num0,den0)Gc=tf(conv(0.2657 1,3.587 1),conv(0.01908 1,65.14 1);G=G0*Gcfigure(8)rlocus(feedback(G,1)2）運行結(jié)果如下：幾校正后系統(tǒng)的閉環(huán)根軌跡如圖12：圖12五總結(jié)這次課程設計讓我基本學會使用Mat

18、lab軟件，讓我對串聯(lián)校正環(huán)節(jié)有了更清晰的認識。可以編一些簡單的程序來繪制傳遞函數(shù)的單位階躍響應曲線，伯德圖，根軌跡，奈氏圖，熟悉MATLAB在經(jīng)典控制系統(tǒng)分析中常用命令，進行控制系統(tǒng)地分析。通過查閱大量的資料讓我對自動控制理論這門課有了更深的認識。 教師見習報告總結(jié)期待已久的見習已經(jīng)結(jié)束了，在龍巖三中高中部見習聽課，雖然只是短短的兩個星期，但感觸還是蠻深的，以前作為一名學生坐在課室聽課，和現(xiàn)在作為一名準教師坐在課室聽課是完全不同的感受，感覺自己學到了一些在平時課堂上學不到的東西。在這里，我獲得的不僅是經(jīng)驗上的收獲，更多是教學管理，課堂教學等的理念，以及他們帶給我的種種思考。教育見習實踐過程：

19、聽課。教育見習的主要目的是讓學生在指導教師的引導下，觀摩教師上課方法、技巧等。聽課是教育見習的主要內(nèi)容。我院規(guī)定在一周的見習中需完成至少6課的見習任務。我在教師的安排指導下，分別對高一、高二物理專業(yè)課型為主，其他課型齊頭的方式，積極主動的完成了聽課任務，收到良好的效果。我聽的第一節(jié)課是高二（8）班，這是一個平衡班，水平不如實驗班高。在上課前。科任老師已經(jīng)跟我說了這個班的紀律是比較差的，而且成績也不是很好。在我聽課期間，確實有幾個學生在課堂上說話，但是我發(fā)現(xiàn)了一個有趣的現(xiàn)象，這個現(xiàn)象我在往后的幾個班都發(fā)現(xiàn)了，就是絕大部分的學生的學習熱情都好高漲，積極舉手發(fā)言，積極參與課堂活動。我跟老師們提起這個

20、現(xiàn)象的時候，科任老師就跟我說，一個班里不可能所有的學生都能全神貫注地聽完一節(jié)課，所以作為一名教師，應該想辦法吸引學生的注意力，調(diào)動的積極性，比如可以以小組為單位，以搶答計分的形式調(diào)動學生的積極性，這樣課堂氣氛就會活躍起來了。在為期兩周的見習工作中，我真的有很大的感觸，我第一次感受到自己已經(jīng)從一名學生向一名教師靠近，走在校園里，每當有學生叫我一聲老師，我在感到無比自豪的同時，還感受到了自己的責任。見習工作結(jié)束了，我要回到學校繼續(xù)我的學習了，但是我會好好記住我從*中學學到的一切，并應用于我的專業(yè)學習中去。一、教學管理理念 在龍巖三中，從領導階層到一位普通的科任老師，都秉承以學生為主體的宗

21、旨進行學校的管理，進行教學工作的開展。作為一個課程改革的示范學校，一個教育實驗基地。這所學校鼓勵著老師做各種研究，各種改革。每個班主任都有著自己的管理經(jīng)驗與管理宗旨。有了這種思想的自由，自然這里也就充滿著探索與嘗試，從而有所創(chuàng)造與進步。在我見習的班集體中，班主任對他的學生說：“我要讓你們成為學習型的管理者，也是管理型的學習者?！边@樣一句簡單的話，讓我感到這里老師進行班級管理的良苦用心。他們關心的不只是學生的學習，更多的是從一個完整的人的概念出發(fā)，去培養(yǎng)學生多方面的素質(zhì)。二、教學理念 在見習期間，借著錄課的機會，我聽了很多的市級，校級的公開棵，還有理科實驗班的課。在這些課堂上，讓我看到

22、教學改革正在悄然進行，有意識的老師正在努力體會“以學生為主體”的課堂模式。學生的創(chuàng)造也逐步成為教師追求的教學效果。其次，這里的老師也都在適應著多媒體教學，信息化教學，使得課堂更加生動，資源更加豐富，學生獲取學習資源的渠道也就更多。盡管，這種教學理念、教學模式的推廣仍然有很長的路，但似乎也并不遙遠，相信，這股改革的浪潮會給教育領域帶來很大的沖擊。 三、實際工作經(jīng)驗 在上面，是我在這所學校感受最深刻，也是認為最有意義的收獲。實際工作經(jīng)驗上，由于在指導老師的指導下，也獲取了許多。 在班主任工作上，我認識到了一個老師的表率作用是很大的，學生時刻看老師，作為一個老師，應該從自己嚴格要求，并影響感染學生。這就要求師生之間的相互交流必須是貼心的，也是帶有希望的。見習期間，班主任老師教給了我許多的班級管理經(jīng)驗。我想這些經(jīng)驗是寶貴的，更為寶貴的是老師的主動精神。在他的言談中，看出一個老師對于班級管理的深度認識。所以我想：一個好的班主任不應只是從學習上給學生幫助，而是從一種“