自動控制原理課程設(shè)計報告--開環(huán)傳遞函數(shù)

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文檔簡介

1、　　目錄　　一、課設(shè)的任務(wù)與要求1　　I、課設(shè)的題目與問題1　　II課設(shè)的范化要求1　　二、設(shè)計正文3　　I、

2、第一問3　　1-1 題目的處理3　　1-2 題目的代碼3　　1-3 運(yùn)行的的結(jié)果3　　1-4 比較4　　II 、第二問5&

3、lt;/p>　　2-1 題目的處理5　　2-2 題目的代碼5　　2-3 運(yùn)行的結(jié)果5　　K>06　　K<06<p&g

4、t;　　III、第三問6　　3-1 題目的處理6　　3-3 運(yùn)行的結(jié)果7　　3-4 結(jié)論8　　IV、第四問8

5、;　　第四問中的第一小題8　　4-1-1題目的分析8　　4-1-2題目的代碼8　　4-1-3運(yùn)行結(jié)果9　　4-1-4 系統(tǒng)的校正9　　4-1-4-1 超前校正9　　4-1-4-

6、2 滯后校正10　　第四問中的第二小題11　　4-2-1題目的分析11　　4-2-2題目的代碼11　　4-2-3 運(yùn)行的結(jié)果12　　4-2-4 系統(tǒng)校正12　　4-2-4-1

7、超前校正12　　4-2-4-2 滯后校正13　　三、附錄16　　第一問16　　第二問17

8、;　　K>017　　K<017　　第三問18　　第四問19　　第一題19<

9、;/p>　　未校正的單位階躍響應(yīng)圖19　　未校正前的BODE 圖19　　超前校正19　　滯后校正21　　第二題21<

10、;/p>　　未校正的單位階躍響應(yīng)圖22　　可得未校正前的BODE 圖22　　超前校正22　　滯后校正23　　滯后—超前校正24<

11、p>　　四、總結(jié)26　　五、參考文獻(xiàn)26　　一、課設(shè)的任務(wù)與要求　　I、課設(shè)的題目與問題　　題目：已知單位負(fù)反饋系統(tǒng)被控制對象的開環(huán)傳遞函數(shù)&

12、lt;b>　　問題：　　分析系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)的時域性能指標(biāo)　　當(dāng)時，繪制系統(tǒng)的根軌跡，分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性　　對系統(tǒng)進(jìn)行頻域分析，繪制其Nyquist圖及Bode圖，確定閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性　　用串聯(lián)校正的頻率域方法對系統(tǒng)進(jìn)行串聯(lián)校正設(shè)計，使系統(tǒng)滿足如下

13、動態(tài)及靜態(tài)性能指標(biāo)：　　4.1設(shè)計串聯(lián)校正滿足下列性能指標(biāo)　?。?）在單位斜坡信號作用下，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差；　?。?）系統(tǒng)校正后，相位裕量。　　4.2設(shè)計串聯(lián)校正滿足下列性能指標(biāo)　?。?）在單位斜坡信號作用下，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差；<

14、;/p>　?。?）系統(tǒng)校正后，相位裕量。　　（3）系統(tǒng)校正后，幅值穿越頻率。　　II課設(shè)的范化要求　　單位階躍響應(yīng)時域指標(biāo)的分析：繪制系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線，利用曲線計算系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)的時域性能指標(biāo)，包括上升時間，峰值時間，調(diào)節(jié)時間，超調(diào)，振蕩次

15、數(shù)　　根據(jù)Matlab相關(guān)命令繪制系統(tǒng)的根軌跡，通過根軌跡分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性　　根據(jù)Matlab相關(guān)命令繪制系統(tǒng)的Nyquist圖和Bode圖，由圖分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性及穩(wěn)定裕度　　按如下步驟，利用頻率域串聯(lián)校正方法對系統(tǒng)進(jìn)行的串聯(lián)校正設(shè)計：　　（1）根據(jù)要求的穩(wěn)態(tài)品質(zhì)指標(biāo)，求

16、系統(tǒng)的開環(huán)增益值；　　（2）根據(jù)求得的值，畫出校正前系統(tǒng)的Bode圖，并計算出幅值穿越頻率、相位裕量(要求利用MATLAB軟件編程進(jìn)行輔助設(shè)計),以檢驗性能指標(biāo)是否滿足要求。若不滿足要求，則執(zhí)行下一步；　?。?）畫出串聯(lián)校正結(jié)構(gòu)圖，分析并選擇串聯(lián)校正的類型（超前、滯后和滯后-超前校正）。（若可以采用多種方法，分別設(shè)計并進(jìn)行比較）&

17、lt;p>　?。?）確定校正裝置傳遞函數(shù)的參數(shù)；　?。?）畫出校正后的系統(tǒng)的Bode圖，并校驗系統(tǒng)性能指標(biāo)(要求利用MATLAB軟件編程進(jìn)行輔助設(shè)計)。若不滿足，跳到第（4）步。否則進(jìn)行下一步。　?。?）提出校正的實現(xiàn)方式及其參數(shù)。（要求實驗實現(xiàn)校正前、后系統(tǒng)并得到的校正前后系統(tǒng)的階躍響應(yīng)）　　（7）若采用

18、不同串聯(lián)校正方法進(jìn)行設(shè)計，比較不同串聯(lián)校正方法的特點。（穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)性能、動態(tài)性能和實現(xiàn)的方便性的比較）　　二、設(shè)計正文　　I、第一問　　1-1 題目的處理&

19、lt;b>　　設(shè)　　K = 10 時　　K* = 100　　GK = 100/[s(s+1)]　　G = 100/[s^2+10s+100]<

20、;p>　　1-2 題目的代碼　　在MATLAB 中運(yùn)行以下代碼：　　GK = tf([100],[1 10 0]);　　G = tf([100],[1 10 100]);　　step(G)&

21、lt;/p>　　Wn = 10;　　Kexi = 10/(2*Wn);　　Beta = acos(Kexi);　　Wd = Wn*sqrt(1-Kexi^2);　　Tr = (pi-Beta)/Wd;<

22、;/p>　　Tp = pi/Wd;　　Ts = 4.4/(Kexi*Wn);　　Ct = exp(-pi*Kexi/sqrt(1-Kexi^2))*100;　　1-3 運(yùn)行的的結(jié)果　　Transfer function——G :</p&g

23、t;　　100　　-----------------------　　s^2 + 10 s + 100　　Wn =　　10</p&g

24、t;　　Kexi =　　0.5000　　Beta =　　1.0472　　Wd =

25、　　8.6603　　Tr =　　0.2418　　Tp =&

26、lt;b>　　0.3628　　Ts =　　0.8800　　Ct =　　16.3034</

27、p>　　1-4 比較　　以上數(shù)據(jù)與圖中數(shù)據(jù)相吻合　　II 、第二問　　2-1 題目的處理　　GK = <

28、/b>　　K*　　------------- 　　s^2 + 10 s 　　分K* > 0 和K* < 0 兩項　　2-2 題目的代碼<

29、/b>　　在MATLAB 中運(yùn)行以下代碼：　　當(dāng)K* > 0 時；　　num = [1];　　den = [1 10 0];　　rlocus(num,den);　　[K p]

30、= rlocfind (num,den)　　title(‘ROOT LOCUS’);　　K* < 0 時　　num = [-1];　　den = [1 10 0];　　rlocus(nu

31、m,den);　　[K* p] = rlocfind (num,den)；　　2-3 運(yùn)行的結(jié)果　　K* = 72.8796 即 K = 7.28396　　p = -14.8934 4.8934

32、　　K>0　　K<0　　2-4 結(jié)論　　由圖可看出K* > 0 即K > 0可滿足系統(tǒng)穩(wěn)定；　　由圖可看出 K* &

33、lt; 0 即 K <0 時，系統(tǒng)不穩(wěn)定 　　III、第三問　　3-1 題目的處理　　由以上可知 K > 0 時 ,系統(tǒng)都穩(wěn)定　　故設(shè) K = 10 , K* = 100;</

34、p>　　則 GK = 100/[s(s+10)];　　3-2 題目的代碼　　在 MATLAB 中代碼為：　　num = [100];　　den = [1 10 0];

35、;　　[mag phase w]=bode(num,den)　　margin(mag,phase, w)　　nyquist(num,den)　　grid　　3-3 運(yùn)行的結(jié)果

36、　　3-4 結(jié)論　　根據(jù)nyquist 穩(wěn)定判據(jù)，R=0，P=0，Z=0 　　可知系統(tǒng)穩(wěn)定　　IV、第四問　　第四問中的

37、第一小題　　4-1-1題目的分析　　由單位斜坡信號作用下　　< =0.01 得出 K = 100 　　GK = 100/[s(0.1s+1)];　　先做出未校正前的相關(guān)圖形；&l

38、t;p>　　4-1-2題目的代碼　　Gk = tf([100],[0.1 1 0]);　　G = feedback(Gk,1);　　step(G)　　num1 = [100];　　den

39、1 = [0.1 1 0];　　figure(1);　　[mag1,phase1,w] = bode(num1,den1);　　margin(mag1,phase1, w)　　4-1-3運(yùn)行結(jié)果

40、;　　看圖可知不滿足相位裕度 > 45　　（圖見附錄）　　4-1-4 系統(tǒng)的校正　　4-1-4-1 超前校正　　4-1-4-1-1 問題的計算　　由計算可得 T = 0.04s

41、 a = 3.36 ;　　Gc = (0.s+1)/(0.04s+1);　　結(jié)構(gòu)圖　　原理圖　　4-1-4-1-2 題目的代碼　　代碼

42、；　　Gk = tf (num0,den0);　　G = feedback(Gk,1);　　step(G)　　代碼； 　　num2 =

43、 [0.031 1];　　den2 = [0.062 1];　　num0 = conv (num2,num1);　　den0 = conv (den2,den1);　　[mag0,phase0,w] = bode(num0,den0);<p&

44、gt;　　figure;　　margin(mag0,phase0, w)　　4-1-4-1-3 運(yùn)行的結(jié)果　?。▓D見附錄）　　4-1-4-2 滯后校正

45、4-1-4-2-1問題的計算　　計算可得 T = 11.87 b = 0.104 ;　　Gc = (1+1.23s)/(1+11.87s)　　結(jié)構(gòu)圖　　原理圖<p

46、>　　4-1-4-2-2問題的代碼　　figure　　num3 = [1.23 1];　　den3 = [11.87 1];　　num4 = conv (num3,num1);　　den

47、4 = conv (den3,den1);　　[mag4,phase4,w] = bode(num4,den4);　　margin(mag4,phase4,w);　　由代碼　　Gk = tf (num4,den4);

48、;　　G = feedback(Gk,1);　　step(G)　　4-1-4-2-3運(yùn)行的結(jié)果　?。▓D見附錄）　　第四問中的第二小題&l

49、t;/p>　　4-2-1題目的分析　　由題在單位斜坡信號作用下，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差 <= 0.005 得出 K = 200;　　GK = 200/[s(0.1s+1)];　　先做出未校正前的相關(guān)圖形；　　4-2-2題目的代碼</p&

50、gt;　　由代碼　　Gk = tf([200],[0.1 1 0]);　　G = feedback(Gk,1);　　step(G)　　由代碼</b&g

51、t;　　num1 = [200];　　den1 = [0.1 1 0];　　[mag1,phase1,w] = bode(num1,den1);　　margin(mag1,phase1,w)　　4-2-3 運(yùn)行的結(jié)果</p&

52、gt;　?。▓D見附錄）　　4-2-4 系統(tǒng)校正　　4-2-4-1 超前校正　　4-2-4-1-1 題目的計算　　由計算可得 T = 0.016s a = 1.63;

53、　　Gc = (1+0.026s)/(1+0.016s);　　結(jié)構(gòu)圖　　原理圖　　4-2-4-1-2 題目的代碼　　由代碼 <

54、p>　　num2 = [0.026 1];　　den2 = [0.016 1];　　num0 = conv (num2,num1);　　den0 = conv (den2,den1);　　[mag0,phase0,w] = bode(num0,den0);</

55、p>　　figure;　　margin(mag0,phase0,w);　　由代碼　　Gk = tf (num0,den0);　　G = feedback(Gk,1);&

56、lt;/p>　　step(G)　　4-2-4-1-3 運(yùn)行的結(jié)果　?。ㄒ姼戒洠?lt;/b>　　4-2-4-2 滯后校正　　4-2-4-2-1 問題的分析

57、　　計算可得 T = 23.52 b = 0.052 ;　　Gc = (1+1.22s)/(1+23.52s)　　結(jié)構(gòu)圖　　原理圖　　4-2-4-2-2 問題的代碼</

58、p>　　由代碼　　Figure　　num3 = [1.22 1];　　den3 = [23.52 1];　　num4 = conv (num3,num1);</p

59、>　　den4 = conv (den3,den1);　　[mag4,phase4,w] = bode(num4,den4);　　margin(mag4,phase4,w);　　由代碼 　　Gk = tf

60、(num4,den4);　　G = feedback(Gk,1);　　step(G)　　4-2-4-2-3 運(yùn)行的結(jié)果　?。ㄒ姼戒洠?lt;/b>　　4-2-4-3 滯

61、后—超前校正　　4-2-4-3-1 問題的分析　　計算可得 Tb = 0.1 = 50 a = 40 = 0.51 rad/s　　Gc = [ (1+1.28s)(1+0.1s) ] / [ (1+5.02s)(1+0.03s) ];<b&

62、gt;　　結(jié)構(gòu)圖　　原理圖　　4-2-4-3-2 問題的代碼　　由代碼 　　num5 =conv([20 1],[0.1 1]) ;

63、　den5 = conv([78.4 1],[0.0025 1]);　　num6 = conv (num5,num1);　　den6 = conv (den5,den1);　　[mag6,phase6,w] = bode(num6,den6);　　fig

64、ure　　margin(mag6,phase6,w);　　由代碼　　Gk = tf (num6,den6);　　G = feedback(Gk,1);

65、step(G)　　4-2-4-3-3 運(yùn)行的結(jié)果　　（見附錄）　　三、附錄　　第一問　　在MAT

66、LAB 中運(yùn)行以下代碼：　　GK = tf([100],[1 10 0]);　　G = tf([100],[1 10 100]);　　step(G)　　Wn = 10;&l

67、t;p>　　Kexi = 10/(2*Wn);　　Beta = acos(Kexi);　　Wd = Wn*sqrt(1-Kexi^2);　　Tr = (pi-Beta)/Wd;　　Tp = pi/Wd;　　Ts = 4.4/

68、(Kexi*Wn);　　Ct = exp(-pi*Kexi/sqrt(1-Kexi^2))*100;　　第二問　　K>0　　K<0</p&g

69、t;　　第三問　　第四問　　第一題　　未校正的單位階躍響應(yīng)圖　　未校正前的BODE 圖<

70、b>　　超前校正　　可得校正后的 BODE 圖　　可得超前校正后的單位階躍響應(yīng)圖　　滯后校正　　可得校正后的BODE 圖　　可得滯后校正后的單位階躍響應(yīng)圖</p

71、>　　第二題　　未校正的單位階躍響應(yīng)圖　　可得未校正前的BODE 圖　　超前校正　　可得校正后的 BODE 圖　　可得超前校正

72、后的單位階躍響應(yīng)圖　　滯后校正　　可得校正后的BODE 圖　　可得滯后校正后的單位階躍響應(yīng)圖　　滯后—超前校正　　可得超前—滯后校正后的單位階躍響應(yīng)圖&

眾賞文庫> 全部分類> 畢業(yè)設(shè)計

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