《自動(dòng)控制理論》課程設(shè)計(jì)努爾扎提一、課程設(shè)計(jì)要求

自動(dòng)控制原理課程設(shè)計(jì)為1周，占1個(gè)學(xué)分。按學(xué)號(hào)選擇設(shè)計(jì)任務(wù)12月27日提交課程設(shè)計(jì)報(bào)告包含題目（請(qǐng)寫清題號(hào)）設(shè)計(jì)思想編制的程序(請(qǐng)加上注釋)設(shè)計(jì)結(jié)論報(bào)告中的公式必須通過公式編輯器來輸入一、課程設(shè)計(jì)要求請(qǐng)交打印稿及電子版文檔

打印稿必須放到檔案袋。提交報(bào)告裝訂循序?yàn)椋悍馄ふn程設(shè)計(jì)任務(wù)書目錄課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程設(shè)計(jì)任務(wù)

任務(wù)一頻域法設(shè)計(jì)任務(wù)二根軌跡法設(shè)計(jì)任務(wù)三狀態(tài)空間法設(shè)計(jì)任務(wù)一頻域法設(shè)計(jì)從課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書中，按照學(xué)號(hào)選一題利用頻域法進(jìn)行設(shè)計(jì)（超前、滯后、超前＋滯后）。要求完成：編程繪制原系統(tǒng)Bode圖，并計(jì)算出原系統(tǒng)的幅值裕量及相角裕量；編程設(shè)計(jì)校正方案（得到相應(yīng)的控制器參數(shù)）；編程繪制校正后系統(tǒng)Bode圖，并計(jì)算出校正后系統(tǒng)的幅值裕量及相角裕量；整理設(shè)計(jì)結(jié)果，提交設(shè)計(jì)報(bào)告。任務(wù)二根軌跡法設(shè)計(jì)要求完成：編程繪制原系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線，并計(jì)算出原系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)；利用SISOTOOL設(shè)計(jì)校正方案（得到相應(yīng)的控制器參數(shù)）；繪制校正后系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線，并計(jì)算出校正后系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)；整理設(shè)計(jì)結(jié)果，提交設(shè)計(jì)報(bào)告。任務(wù)三狀態(tài)空間法設(shè)計(jì)要求完成：編程繪制原系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線，并計(jì)算出原系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)；編程設(shè)計(jì)校正方案（得到相應(yīng)的狀態(tài)反饋參數(shù)或狀態(tài)觀測(cè)器參數(shù)）；利用SIMULINK繪制校正前、后系統(tǒng)狀態(tài)模擬圖，繪制系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線，并計(jì)算出校正后系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)；整理設(shè)計(jì)結(jié)果，提交設(shè)計(jì)報(bào)告。二、MATLAB概述MATLAB提供了大量的控制工程計(jì)算、設(shè)計(jì)庫函數(shù)。其中，控制系統(tǒng)軟件包包括復(fù)數(shù)運(yùn)算、特征值計(jì)算、方程求解、矩陣變換以及FFT等重要計(jì)算工具及舉例。MATLAB的線性代數(shù)處理，矩陣運(yùn)算和數(shù)值分析的能力為控制系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)及其它學(xué)科研究提供了可靠的基礎(chǔ)和強(qiáng)有力的研究工具?？刂葡到y(tǒng)軟件包利用MATLAB矩陣功能提供了適用于控制工程的專用函數(shù)，這些函數(shù)大部分用M文件表示。控制系統(tǒng)軟件包可以方便地用于控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、分析和建模。傳遞函數(shù)模型舉例n=[1025]；d=[3521]；sys=tf(n,d)；零-極點(diǎn)增益模型傳遞函數(shù)可以表示為系數(shù)或零一極點(diǎn)增益形式，SISO系統(tǒng)表示為MATLAB中規(guī)定，把多項(xiàng)式的根存放到列向量P中，而行向量Z包含多項(xiàng)式系數(shù),分子傳遞函數(shù)的增益存放到列向量k中。零-極點(diǎn)增益模型舉例輸入形式如下k=[4]；%增益z=[-1-2]；%零點(diǎn)P=［-3-4-5];%極點(diǎn)sys=zpk(z,p,k)

狀態(tài)空間模型LTI系統(tǒng)模型的一般形式如下

采用MATLAB表示狀態(tài)空間系統(tǒng)十分容易。A，B，C，D都是矩陣，均作為獨(dú)立變量處理。狀態(tài)空間模型舉例

給定系統(tǒng)的微分方程描述為可寫出其相應(yīng)的一個(gè)狀態(tài)空間描述為：matlab編程Matlab有自己的編程語言，需看這方面的教程。在命令窗口有兩種方式可以打開M文件編輯器通過“文件”下打開“new”，選擇“M-file”通過快捷圖標(biāo)直接打開M文件編輯器編寫程序后存盤，另起文件名執(zhí)行程序執(zhí)行程序也有兩種方式在命令窗口直接輸入存好的文件名在M文件編輯器中執(zhí)行RUN圖標(biāo)或點(diǎn)擊debug菜單下的runstep階躍響應(yīng)rlocus繪制根軌跡曲線bode波特圖nyquist奈奎斯特圖margin頻率裕量常用Matlab函數(shù)三、課程設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

頻率法設(shè)計(jì)例3.1已知單位負(fù)反饋系統(tǒng)被控對(duì)象的傳遞函數(shù)為試用頻域法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行串聯(lián)超前校正設(shè)計(jì)。①在單位斜坡信號(hào)r=t作用下，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差≤0.1rad；②系統(tǒng)校正后，相角穩(wěn)定裕度γ≥45°；③開環(huán)系統(tǒng)剪切頻率≥4.4rad/s；④幅值穩(wěn)定裕度h≥10dB。解：

⑴求滿足穩(wěn)態(tài)誤差要求的系統(tǒng)開環(huán)增益K。，取K=10rad/s。

⑵做原系統(tǒng)的Bode圖與階躍響應(yīng)曲線，檢查是否滿足題目要求。clearK=10;n1=1;d1=conv([10],[11]);s1=tf(K*n1,d1);figure(1);margin(s1);holdonfigure(2);sys=feedback(s1,1);step(sys)⑶求超前校正裝置的傳遞函數(shù)。由于原系統(tǒng)開環(huán)剪切頻率=3.08rad/s＜4.4rad/s，，所以必須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行超前校正。設(shè)超前校正裝置的傳遞函數(shù)clearK=10;n1=1;d1=conv([10]，[11])；so=tf(K*n1,d1);gama=45;wc=4.4[Gc]=leadc(1,so,[gama]);%利用gama進(jìn)行校正[Gc]=leadc(2,so,[wc]);%利用wc進(jìn)行校正對(duì)于校正后系統(tǒng)的相角穩(wěn)定裕度γ=45°的超前校正裝置傳遞函數(shù)為運(yùn)行結(jié)果Tansferfunction:0.529s+1---------------0.07007s+1

⑷檢驗(yàn)系統(tǒng)校正后系統(tǒng)是否滿足題目要求。K=10;n1=1;d1=conv([10],[11]);s1=tf(K*n1,d1);%原系統(tǒng)傳函n2=[0.5291];d2=[0.070071];s2=tf(n2,d2);%校正裝置傳函sys=s1*s2;%校正后系統(tǒng)傳函figure(1);margin(sys);holdonfigure(2);sys=feedback(sys,1);step(sys)

幅值穩(wěn)定裕度：h=∞dB-π穿越頻率：=∞r(nóng)ad/s

相角穩(wěn)定裕度：γ=60.9°剪切頻率：可見校正后相角穩(wěn)定裕度已經(jīng)滿足題目γ=60.9°＞45°的要求。剪切頻率=5.19rad/s＞4.4rad/s，也滿足了要求。=5.19rad/s

串聯(lián)滯后校正、串聯(lián)滯后+超前校正類同見例3.2lagc()一段程序需自行編寫。根軌跡法校正當(dāng)系統(tǒng)的性能指標(biāo)給定為時(shí)域指標(biāo)（如超調(diào)量、阻尼系數(shù)、自然頻率等）時(shí)，用根軌跡法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行校正比較方便。這是因?yàn)橄到y(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能取決于它的閉環(huán)零、極點(diǎn)在S平面上的分布。根軌跡法校正的特點(diǎn)：如何選擇控制器的零、極點(diǎn)，去促使系統(tǒng)的根