自控课程设计

信息科学与工程学院。

课程设计报告书。

课程名称：自动控制原理课程设计

班级：自动化0906

学号： 200904134178

姓名：钟鸣。

指导教师：杨岚。

2011 年 12 月31号。

首先，通过对水箱流量控制系统分析，加强对水箱流量控制系统的认识，并掌握超前校正网络设计的方法。

其次，通过设计，培养分析问题解决问题的能力。此外，使用matlab软件进行系统**，从而进一步掌握matlab的使用。

题目2：已知单位负反馈系统被控制对象的开环传递函数。

用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计。

任务：用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计，使系统满足如下动态及静态性能指标：

1）在单位斜坡信号作用下，系统的稳态误差；

2）系统校正后，相位裕量。

3）系统校正后，幅值穿越频率。

1. 手画出满足初始条件的最小值的系统的bode图（用渐近线表示），计算出系统的相角裕量；

2. 在系统前向通道中插入一个相位超前校正网络，确定校正网络的传递函数；

3. 用matlab画出校正后的系统bode图，并标出开环剪切频率及对应的相角；

4. 确定校正装置的电路形式及电路参数；

3.1 确定开环增益。

由要求（1）：系统在单位斜坡信号作用下，系统的稳态误差。

得，取。3.2 求出相角裕量。

待校正系统开环传递函数。

上式代表最小相位系统，因此，画出其对数幅频渐近线特性。

如图1所示。

图（1）：未校正系统的bode图。

由图得待校正系统的开环剪切频率

可算出待校正系统的相角裕量为。

相角裕度小的原因，是因为待校正系统的对数幅频特性中频区的斜率是，系统的动态特性会有严重的振荡，需要校正装置校正。由于截止频率远远低于指标要求，故采用串联超前校正是合适的。

3.3确定超前相角。

加是考虑到校正装置影响剪切频率的位置而附加的相角裕量，未校正系统中频段的斜率为-40db/dec，故取该值。

取。3.4求校正装置的参数。

3.5确定未校正系统幅值为的频率。

校正后系统的剪切频率，网络的对数幅值

可计算出未校正系统在该处的频率，既可作为校正后的系统的剪切频率。

3.6下面计算校正网络的周期。

是和的几何中点，所以有。令。则。

3.7写出校正装置的传递函数。

3.8补偿超前校正网络造成的幅值衰减。

附加一个放大器。

则校正后系统的开环传递函数为。

做出校正后的系统结构图和bode图，如图2所示。

图（2）：校正后的系统的bode图和系统结构图。

3.9校正后的相角裕量。

由于。校正后系统的性能指标满足要求。

由matlab画出校正后的bode，可以得到稳定性裕量的精确值，。与上面求的值基本一致。由此可得，所选用的校正装置能够达到目的。

3.11采用matlab来设计校正装置。

做出校正后的系统结构图和bode图，程序如下。

> num=[16.6 1000];

> f1=[1 0];

> f2=[0.1 1];

> f3=[0.001 1];

> f4=[0.001141];

> den=conv(f1,conv(f2,conv(f3,conv(f4)))

> h=tf(num,den);

> bode(h)

图（7）：校正后和校正装置的频率特性。

读图可得，系统的开环剪切频率，相角裕量。满足系统要求。

本次设计表明，系统经串联校正后，中频段对数幅频特性斜率为，并具有足够的宽度，从而系统的相角裕量增大，动态过程超调量下降。因此，在实际运行的控制系统中，其中频段对数幅频特性大多具有的斜率。

通过对初步知识的了解，对校正系统各种方案的比较，得出校正系统最优方案。课程设计离不开理论与实际相结合，设计过程中的方案选择和参数设定使我进一步深刻认识到自控原理中校正环节对整个系统的重要作用。一个细小的参数设定出现偏差，可能导致最后的性能指标与系统要求相差甚远，因此选择合理方案对于设计过程非常重要。

课程设计就是在充分掌握基础知识基础上利用所学的知识去解决遇到的问题，分析比较得到最优方案，这对我们学好自控原理是非常重要的。运用matlab软件作出系统的波的图，极大地简化了设计过程，更加清晰直观的发现问题，同时也初步掌握了matlab的使用方法。

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