自動(dòng)控制原理課程設(shè)計(jì)-、設(shè)計(jì)目的通過對反應(yīng)速度控制系統(tǒng)的校正掌握使用頻率響應(yīng)法改善系統(tǒng)性能指標(biāo)的方法通過自學(xué)MATLAB,掌握如何使用MATLAB進(jìn)行系統(tǒng)的仿真與調(diào)試通過課程設(shè)計(jì)，培養(yǎng)自學(xué)及獨(dú)立設(shè)計(jì)解決問題的能力二、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求己知某系統(tǒng)不可變部分的傳遞函數(shù)廠/、 kGo(S)=s(O.OOls+l)(O.ls+l)要求：用頻率響應(yīng)法確定超前校正參數(shù)使得該系統(tǒng)滿足響應(yīng)斜坡信號r(t)=Rit的穩(wěn)態(tài)誤差不大于O.OOIRdRi為常數(shù))(2)剪切頻率 3c=165rad/s相角裕度 y=+45°幅值裕度 201gkg>15dB任務(wù)：根據(jù)所學(xué)的知識(shí)根據(jù)要求求出增益k的取值范圍在系統(tǒng)中插入超前校正裝置，并確定滿足要求時(shí)超前校正裝置的參數(shù)及形式使用Matlab得到校正后系統(tǒng)的Bode圖，并且標(biāo)出剪切頻率和相應(yīng)的相角<4)在Matlab下，用simulink進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，在計(jì)算機(jī)上對人匚設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，使?jié)M足技術(shù)要求對上述任務(wù)寫出完整的的課程設(shè)計(jì)說明書，說明書中必須進(jìn)行原理分析，寫清楚計(jì)算的過程及分析的結(jié)果。三、設(shè)計(jì)步驟

(1)增益k。根據(jù)所要求的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)，求出滿足系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能要求的開環(huán)由條件知：穩(wěn)態(tài)誤差：ess<O.OOlRi乂該系統(tǒng)為一型，當(dāng)輸入為斜坡：r(t)=Rit時(shí)Rie$s=花SO.OOlRj得K>1000,取K=1000(2)繪制K=1000時(shí)的Bode圖得出未校正時(shí)的剪切頻率此時(shí)對應(yīng)的相角屮(3cl)=-180°未校正系統(tǒng)相角裕度Yo=180°+屮(3“)=0°(3) 根據(jù)給定的相位裕度丫,計(jì)算校正裝置所應(yīng)提供的最大相角超前量％,即TOC\o"1-5"\h\z=Y-Yo+￡ (1)y=+45° (2)其中Y為給定的相位裕度，加$是考慮到校正裝置影響剪切頻率的位置而附加的相角裕量，中頻段斜$-40dB/dec,所以￡為5~15度。根據(jù)所確定的最大超前相角(Pm，求出相應(yīng)的a值，即a=1一血佑 (3)1+sin伽得出a=0.1在Bode圖上確定未校正系統(tǒng)幅值為201gVa (4)時(shí)的頻率Jn，該頻率作為校正后系統(tǒng)的開環(huán)剪切頻率3c，即3。=3小3c=3]n=165rad/s (5)由式子(1)(2)(3)(4)(5)聯(lián)立可求出(注：先由(5)式求出對應(yīng)頻率下的幅值，再求出a)a=0.131q)ni=50.18°￡=5.18°(w取值在5~15度之間，符合要求)(6) 由3!^確定校正裝置的轉(zhuǎn)折頻率

超前校正傳遞函數(shù)為3]=59.4rad/s13m

orV?a)2=458rad/s超前校正傳遞函數(shù)為3]=59.4rad/s13m

orV?a)2=458rad/sTS+1errs+1(7)(8)(7)(8)1Kc=-a校正后系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=Gq(s)Gc(s)kc_ 7710(s+59.4)=s(0.001s+l)(0.1s+l)(s+458)在MatlabF得到Bode圖：代碼：?num=7710*[1,59.4];>>fL=[l,O];?f2=[0.001,1];?f3=[0.1,1];>>f4=[1,458];>>den=conv(fl,conv(f2,conv(f3,f4)));Bode>>bode(num,den)Bode>>bode(num,den)圖 如FileEditViewInsertToolsDesktopWindowHelp ，nea|恰|%電甥⑥原謠?|凰|□匡i|□口001500013580522■BodeDiagramSysiem:sys.Frequency(rad/s.e；(dB);-1System:sys001500013580522■BodeDiagramSysiem:sys.Frequency(rad/s.e；(dB);-1System:sysFrequency(rad/sec):166Magnitude0.0464System:sysF「equency(rad/sec):166Phase(<150):-13610110“10^Frequency(rad/sec)

FileEditViewInsertToolsDesktopWindowHelpDeab丁除電乓?⑥畫銘［風(fēng)I口eTT010050mp)?2&S50-00

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-1S0901-Bod&Diagram35(69P)3紹Ud80-15.22Phase(deg):-180-1 o1010io1 io2 io3Frequency(rad/sec)iq'校正后系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖:被控對彖校正裝置被控對彖R(s)0.0l68s+l10000.0022s+ls(0.00ls+l)(o.ls+I)(9)校正后的幅值裕度20lgkg=24.7dB>15dB剪切頻率相角裕度滿足要求。較。加校正環(huán)節(jié)前后的仿真模型如下圖所示:剪切頻率相角裕度滿足要求。較。加校正環(huán)節(jié)前后的仿真模型如下圖所示:3c=165rad/sy=+45°(10)在Simulink仿真環(huán)境下對校正后的系統(tǒng)進(jìn)行仿真，并與校正前比校正前的單位階躍響應(yīng)曲線如圖:伺肖QQ色A@0嗦n?51 1 1 ■ ■ 丨0 2 4 6 8 10Timeoffset:0校正前的單位階躍響應(yīng)曲線如圖:通過仿真曲線可以看出，校正前系統(tǒng)不穩(wěn)定，單位階躍響應(yīng)振蕩劇烈。而校正后的系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)可以很快達(dá)到穩(wěn)定且超調(diào)量小，故該校正裝置能夠很好的達(dá)到設(shè)計(jì)要求，可以取用。四、總結(jié)頻率法設(shè)計(jì)校正裝置主要是通過Bode圖來進(jìn)行，開環(huán)對數(shù)頻率特性的低頻段決定系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，根據(jù)穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)確定低頻段的斜率和高度，為保證系統(tǒng)具有足夠的穩(wěn)定裕量，開環(huán)對數(shù)頻率特性子剪切頻率3c附近的斜率應(yīng)為-20dB/dec,而且應(yīng)具有足夠的中頻寬度，為抑制高頻干擾的影響，高頻段應(yīng)盡可能迅速衰減！在設(shè)計(jì)、分析控制系統(tǒng)時(shí)，最常用的方法是頻率法，應(yīng)用頻率法對系統(tǒng)進(jìn)行校正，其目的是改變頻率特性的形狀，是改正后的系統(tǒng)具有合適的低頻、中頻、高頻特性及足夠的穩(wěn)定裕量，從而滿足系統(tǒng)所要求的性能指標(biāo)！串聯(lián)超前校正則是利用超前校正網(wǎng)絡(luò)的正相角來增加系統(tǒng)的相角裕量，以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。本次設(shè)計(jì)正是利用頻率法的串聯(lián)超前校正等自動(dòng)控制理論加上matlab的輔助完成的，通過這次設(shè)計(jì)，我感受到了平時(shí)所學(xué)的知識(shí)在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用，不再只是停留在理論知識(shí)的地方，而是能夠?qū)W以致用。為了完成這次設(shè)計(jì)，我乂重新仔細(xì)復(fù)習(xí)相關(guān)只是，使我對知識(shí)的掌握更加?jì)故?，另外，對Matlab的自學(xué)也使我感觸良多，要學(xué)好一款軟件不容易，必須多查閱書籍，另外再結(jié)合下網(wǎng)絡(luò)上的視頻教學(xué)效果就更好，我就是這樣學(xué)會(huì)的用Matlab和用simulink仿真，這