实用文档成绩 _______重庆邮电大学移通学院自动化系自动控制原理课程设计报告题目Ⅰ型三阶系统的典型分析与综合设计系别自动化系专业名称电气工程与自动化班级学号姓名孙猜胜指导教师重庆邮电大学移通学院自动化系制2014 年 12 月摘要在控制系统中，对于一个设计者来说，在进行控制系统校正之前，首先应确信已对被控对象进行了尽可能的改善，即通过调整控制器的各项参数仍然无法满足系统性能指标的要求。
这时必须在系统中引入一些附加装置来改善系统的稳态和瞬态性能，使其全面满足性能指标要求。
本次课程设计研究的是Ⅰ型三阶系统，要求满足给定的期望指标。
对于这个系统，需要在频域中建立原系统的数学模型。
根据传递函数进行绘制bode图，从图中得出不满足各项指标时，则通过期望的指标设计出bode图，得到校正装置的传递函数，从而得到校正后的传递函数。
然后需Simulink仿真看是否达到所希望的指标，以及设计出校正后的系统模拟图，通过实验里的设备搭建实物电路，在输入阶跃响应时，观察示波器上波形，并进行与仿真对照。
本系统单纯采用超前校正或滞后校正均只能改善系统暂态或稳态一个方面的性能，并且要求的性能都比较高，宜采用了串联滞后-超前校正装置。
【关键字】校正性能指标校正装置AbstractIn the control system, for a designer, before adjustment for control system, First, the accused should have been identified for possible improvement of the object, by adjusting the parameters of the controller is still unable to meet the requirements of system performance index.Then you must introduce some additional devices in the system to improve steady-state and transient performance of the system, so that，It fully meet the performance requirements.The curriculum design is the study of the Ⅰ third-order system, Required to meet the expectations of a given index.For this system, Need to establish a mathematical model of the original system in the frequency domain. Bode charting based on transfer function,When the results from the figure does not meet the targets, by the desired index designed bode diagram, get the calibration device of transfer function, thereby obtaining the transfer function of the corrected.You then need to see if the Simulink simulation to achieve the desired targets, and design a correction after system simulation diagram, Build physical circuit through experiment equipment, When entering the step response, observed on an oscilloscope waveform, and control and simulation.The system uses a simple correction or lag correction ahead are transient or steady-state system can only improve one aspect of performance, And performance requirements are high, should adopt a series lag - lead correction device.Keywords： correction performance index correcting device目录《自动控制原理》课程设计(简明)任务书 (6)一、系统说明（概述） (7)1.1.设计目的 (7)1.2.系统原理（简介） (7)1.3.各环节的性能、功能特性说明 (7)1.4.设计基本要求 (8)1.5.设计指标 (8)二、系统建模 (9)2.1.各个环节模型 (9)2.2 原系统方框图 (10)2.3.系统模拟电路图 (11)三、系统分析 (12)3.1. 稳定性分析 (12)3.2.频域分析 (12)3.3.MATLAB绘制原系统bode图 (13)3.4绘制原系统bode图（手绘） (13)四、系统综合 (14)4.1.利用期望指标绘制Bode图 (手绘) (14)4.2.确定参考模型 (14)4.3 验算是否满足性能指标 (16)4.4校正装置的选取 (16)4.5.校正装置 (18)4.6.参数的选择 (18)4.7.系统综合过程表达（Bode图上） (18)五、系统物理模拟图 (20)5.1.原系统模拟图 (20)5.2.原系统单位阶跃响应曲线 (20)5.3.综合后系统模拟图 (21)5.4.综合后系统的单位阶跃响应曲线 (21)5.6Simulink仿真 (22)六、实验室模拟 (23)6.1.原系统阶跃响应 (23)6.2.校正系统阶跃响应 (23)七、总结 (24)7.1课程总结 (24)7.2心得体会 (24)参考文献： (25)《自动控制原理》课程设计(简明)任务书一、 设计题目：Ｉ型三阶系统的典型分析与综合设计二、 系统说明： 设单位反馈系统开环传递函数为0()(10.1)(10.02)k G S s s s =++，试设计串联校正装置，使系统满足70,1,%40%V s K t σ≥≤≤三、 基本要求：1.用频率法分析系统：（1） 作原系统的Bode 图；（2） 分析原系统的性能，当原系统的性能不满足设计要求时，则进行系统校正。
2.利用频率法综合系统：（1）画出串联校正结构图，分析并选择串联校正的类型（微分、积分或微分-积分校正）；（2）确定校正装置传递函数的参数；（3）画出校正后的系统的Bode 图，并校验系统性能；若不满足，则重新确定校正装置的参数。
（4）完成系统综合前后的有源物理模拟（验证）实验；四、 课程设计报告：（1）课程设计计算说明书一份；（2）原系统组成结构原理图一张（自绘）；（3）系统分析，综合用bode 图一张；（4）系统综合前后的模拟图各一张（附实验结果图）；（5）封面装帧成册；指导教师：马冬梅2014-12-12一、系统说明（概述）1.1.设计目的（1）掌握自动控制原理课程中所学的理论知识，提高分析和解决问题能力（2）掌握反馈系统的基本理论和方法，对工程系统进行进行全面分析（3）掌握控制系统的设计与校正方法（4）掌握使用mathtype，visio，matlab中的Simulink的使用方法1.2.系统原理（简介）开环传递函数：0(S)S(1+0.1S)(1+0.02S)KG该传递函数可由一个积分环节、两个惯性环节组成。
方块图：图1-1Ⅰ型三阶系统的方框图1.3.各环节的性能、功能特性说明(1)比较环节将输入信号与输出反馈回的信号进行比较，以改善放大器的静态和动态性能；(2)积分环节输出量与输入量成积分关系的环节，称为积分环节。
特点：输出量与输入量的积分成正比例，当输入消失，输出保持不变，具有记忆功能；积分环节受到扰动自身无法达到稳定。
(3)惯性环节一阶惯性环节的微分方程是一阶的，且输出响应需要一定时间后才能达到稳态值，因此称为一阶惯性环节。
特点：输出信号对输入信号的响应存在惯性（输入信号阶跃加入后，输出信号不能突然变化，只能随时间增加逐渐变化）。
(4)反馈环节：根据输入与输出在广义上是否相等来调节系统使之误差减小。
1.4.设计基本要求1．利用频率法分析系统：(1)作原系统的Bode 图；(2)分析原系统性能，当原系统的性能不满足设计要求时，则进行系统校正。
2、利用频率法综合系统：(1)画出串联校正结构图，分析并选择串联校正的类型（微分、积分或微分-积分校正）；(2)确定校正装置传递函数的参数；(3)画出校正后的系统的Bode 图，并校验系统性能；若不满足，则重新确定校正装置的参数。
3、完成系统综合前后的有源物理模拟（验证）实验；1.5.设计指标用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计，使系统满足以下动态及静态性能指标：静态速度误差系数：v 70K ≥ ；调节时间：s t 1≤ ；超调量：σ%40≤% ；二、系统建模2.1.各个环节模型（1）比较器图 2-1比较器（2）积分环节C图 2-2 积分模拟图结构方框图：图2-3输入：0(s)U输出：1(s)U)(1s X 输入：)(s Y 输出：)()()(21s X s X s Y -=11011U G U C RS S==-=- （3）惯性环节图2-4 惯性环节模拟图结构方框图：图2-5输入：1U 输出：2U22f12121/R 11110.1f U K R G U T s R CS S====+++ 同理第三个也是一阶惯性环节，传递函数为：21333232\R 11110.02f f R U K G U T S R CS S====+++2.2 原系统方框图图2-6 原系统方框图简化框图：图2-7单位闭环传递函数框图2.3.系统模拟电路图图2-8 原系统物理模拟图三、系统分析3.1. 稳定性分析闭环传递函数：32(s)(10.1S)(10.02S)K 0.0020.12K KG S S S S K==++++++特征方程：32(s)0.0020.12D S S S K =+++ 根据劳斯判据：30.002120.120.120.00210.120S S K KS S K-即：0.120.00200.12K-≥0K ≥求得：60K ≤ 即当60K ≤系统才稳定。