自動(dòng)控制課程設(shè)計(jì)

《自動(dòng)控制理論》課程設(shè)計(jì)題目：頻域法校正第一題學(xué)院：電子工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化班級(jí)：電氣姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)老師：《自動(dòng)控制原理》課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)題目頻域校正法（題一）學(xué)生姓名學(xué)號(hào)專(zhuān)業(yè)班級(jí)電氣設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求課題設(shè)計(jì)內(nèi)容：5.2.1—1某單位負(fù)反饋系統(tǒng)前向通道的傳遞函數(shù)為G(s)=，設(shè)計(jì)校正裝置使系統(tǒng)的相角裕量γ≥45°，截止頻率不小于4rad/s。課題設(shè)計(jì)要求：程繪制原系統(tǒng)的Bode圖，并計(jì)算出原系統(tǒng)的幅值裕量及相角裕量；（2）選擇較正方式，進(jìn)行校正裝置設(shè)計(jì)，得出相應(yīng)的校正裝置的參數(shù)；（3）編程繪制校正后的系統(tǒng)Bode圖，并計(jì)算出校正裝置的幅值裕量及相角裕量；（4）整理設(shè)計(jì)結(jié)果，提交設(shè)計(jì)報(bào)告。起止時(shí)間2009年12月25日至指導(dǎo)教師簽名年月日系（教研室）主任簽名年月日學(xué)生簽名年月日目錄一課程設(shè)計(jì)題目 4二設(shè)計(jì)思想及內(nèi)容 41設(shè)計(jì)思想 42設(shè)計(jì)內(nèi)容 5三設(shè)計(jì)步驟 51）做原系統(tǒng)的Bode圖 52）求超前校正裝置的傳遞函數(shù) 62.1)法1 72.2)法2 73）檢驗(yàn)校正后系統(tǒng)是否滿(mǎn)足校正要求 83.1)繪制系統(tǒng)校正后Bode圖及讀性能指標(biāo)。 83.2)分析檢驗(yàn) 9四結(jié)論 9五個(gè)人總結(jié) 9六參考書(shū)目 10一課程設(shè)計(jì)題目1題目頻域法第一題某單位負(fù)反饋系統(tǒng)前向通道的傳遞函數(shù)為G(s)=，設(shè)計(jì)校正裝置使系統(tǒng)的相角裕量γ≥45°，截止頻率不小于4rad/s。2要求程繪制原系統(tǒng)的Bode圖，并計(jì)算出原系統(tǒng)的幅值裕量及相角裕量；（2）選擇較正方式，進(jìn)行校正裝置設(shè)計(jì)，得出相應(yīng)的校正裝置的參數(shù)；（3）編程繪制校正后的系統(tǒng)Bode圖，并計(jì)算出校正裝置的幅值裕量及相角裕量；（4）整理設(shè)計(jì)結(jié)果，提交設(shè)計(jì)報(bào)告。二設(shè)計(jì)思想及內(nèi)容1設(shè)計(jì)思想當(dāng)系統(tǒng)的性能指標(biāo)已幅值裕量、相位裕量和誤差系數(shù)等頻域指標(biāo)出現(xiàn)時(shí)，運(yùn)用頻域法分析設(shè)計(jì)是很方便的。運(yùn)用頻域法進(jìn)行校正，其目的是改變系統(tǒng)頻域特性，是校正后系統(tǒng)的頻域特性擁有合適的低中頻和高頻特性，及足夠的穩(wěn)定裕量，從而滿(mǎn)足設(shè)計(jì)性能指標(biāo)。控制系統(tǒng)中常用的串聯(lián)校正裝置是帶有單零、極點(diǎn)的濾波器。若其零點(diǎn)比極點(diǎn)更靠近原點(diǎn)，則稱(chēng)為PD校正，反之，則是PI校正，另外還有PID校正。2設(shè)計(jì)內(nèi)容本題為設(shè)計(jì)超前校正，其目的是產(chǎn)生超前相角，用于補(bǔ)償系統(tǒng)固有部分在附近的相角滯后，以提高相角穩(wěn)定裕量，改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能，達(dá)到設(shè)計(jì)要求：相角裕量γ≥45°，截止頻率不小于4rad/s。三設(shè)計(jì)步驟1）做原系統(tǒng)的Bode圖做原系統(tǒng)的Bode圖，檢查是否滿(mǎn)足題目要求性能指標(biāo)與要求。在程序文件方式下執(zhí)行如下MATLAB程sh1.m%sh1.mcleark=9;n1=1;d1=conv([1,0],[1,2]);s1=tf(k*n1,d1);%原系統(tǒng)傳遞函數(shù)figure(1);margin(s1)%輸出原系統(tǒng)Bode圖程序運(yùn)行后，得到圖5-1所示未校正系統(tǒng)的Bode圖，及其性能指標(biāo)值圖5-1原系統(tǒng)Bode圖由圖5-1可得原系統(tǒng)頻域性能指標(biāo)：幅值穩(wěn)定裕度：h=dB-π穿越頻率：=rad/s，相角穩(wěn)定裕度：γ=36.7°剪切頻率：=2.69rad/s可知系統(tǒng)校正前，相角穩(wěn)定裕度：γ=36.7＜45°，剪切頻率：=2.69rad/s＜4rad/s，都未滿(mǎn)足要求，原系統(tǒng)需要校正。2）求超前校正裝置的傳遞函數(shù)由于相角穩(wěn)定裕度：γ=36.7＜45°，剪切頻率：=2.69rad/s＜4rad/s，故要進(jìn)行超前校正，設(shè)超前校正傳函為Gc（s）=取c=4.5rad/s,則求Gc（s）及其參數(shù)的MATLAB程序?yàn)椋?.1)法1用程序取c=4.5rad/s時(shí)對(duì)應(yīng)的幅值穩(wěn)定裕度%sh2.mwc=4.5;L=bode(s1,wc);Lwc=20*log10(L);a=10^(-0.1*Lwc);T=1/(wc*sqrt(a));Gc=tf([a*T1],[T1])運(yùn)行結(jié)果為：Transferfunction:0.5472s+10.09025s+12.2)法2直接從圖5-1上讀出wc=4.5rad/s對(duì)應(yīng)的幅值穩(wěn)定裕度為-7.8dB，則求校正傳函的程序?yàn)椋?sh3.mh=-7.8;wc=4.5;a=1/(10^(0.1*h));T=1/(wc*sqrt(a));Gc=tf([a*T1],[T1])運(yùn)行結(jié)果為：Transferfunction:0.5455s+10.09053s+1可知二者結(jié)果近似相等，取法一結(jié)果相對(duì)準(zhǔn)確。3）檢驗(yàn)校正后系統(tǒng)是否滿(mǎn)足校正要求3.1)繪制系統(tǒng)校正后Bode圖及讀性能指標(biāo)。校正系統(tǒng)wc=4.5rad/s對(duì)應(yīng)的校正傳函為Gc（s）=,則此時(shí)的MATLAB程序?yàn)椋?sh4.mcleark=9;n1=1;d1=conv([1,0],[1,2]);s1=tf(k*n1,d1);num2=[0.54721];den2=[0.090251];s2=tf(num2,den2);sys=s1*s2figure(2);margin(sys);運(yùn)行程序后，得校正后的Bode圖如圖5-2所示圖5-2校正后系統(tǒng)Bode圖由上圖可得：幅值穩(wěn)定裕度：h=dB-π穿越頻率：=rad/s，相角穩(wěn)定裕度：γ=69.8°剪切頻率：=4.5rad/s3.2)分析檢驗(yàn)比較原系統(tǒng)及設(shè)計(jì)要求，可知：γ=69.8°大于45°，剪切頻率=4.5rad/s都滿(mǎn)足了設(shè)計(jì)要求。四結(jié)論（1）計(jì)超前校正，產(chǎn)生超前相角，用于補(bǔ)償系統(tǒng)固有部分在附近的相角滯后，提高相角穩(wěn)定裕量，改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能，最終達(dá)到設(shè)計(jì)要求：相角裕量γ≥45°，截止頻率不小于4rad/s；（2）比較圖5-1和5-2，可知校正后改善（增寬）了原系統(tǒng)的中頻區(qū)；（3）MATLAB使整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程可視化，使整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程簡(jiǎn)單直觀(guān)。五個(gè)人總結(jié)首先，這是一個(gè)克服困難和自我學(xué)習(xí)的過(guò)程，為此，翻閱了不少關(guān)于MATLAB及自控的書(shū)，克服了程序上的設(shè)計(jì)困難，并嘗試新方法；其次在老師及同學(xué)指點(diǎn)下，從胡思亂想中找到了設(shè)計(jì)思路；再者，對(duì)MATLAB有了總體上的認(rèn)識(shí)及其在自動(dòng)控制中的應(yīng)用，對(duì)課本所學(xué)第五六章有了切身的體會(huì)，在以后的學(xué)習(xí)中很