自动控制原理课程设计
题目燃油调节控制系统校正装置
设计
专业电气工程及其自动化专业
目录
一、设计题目
二、设计目的
三、设计思想
四、设计过程
五、实际总结
六、参考文献
一、设计题目：燃料油调节控制系统校正装置设计
已知燃料油调节控制系统的开环传递函数为G(s)=
)
1.01)(25.01(2
s s s ++，设
计超前校正装置，使其校正后闭环主导极点满足：(1)阶跃响应的的超调量M %30%≤p ；(2)调整时间t s s 8.0≤；(3)系统单位斜坡响应稳态误差e %10≤ss 。
二、 设计目的
通过课程设计，在掌握自动控制理论基本原理、一般电学系统自动控制方法的基础上，用MATLAB 实现系统的仿真与调试。
三、设计思想
首先，利用根轨迹法进行人工设计校正装置，初步设计出校正装置传递函数
形式及参数；
其次，根据所给的要求验证原系统是否符合要求，再按照校正装置的知识对系统进行校正；
然后，在MATLAB 下，用simulink 进行动态仿真，在计算机上对人工设计系统进行仿真调试，使其满足技术要求；
最后，确定校正装置的电路形式及电路参数并进行验证，验证所添加的校正装置是否满足指标。
（本设计以设计报告的形式提交，要求论点清楚，论据充分，结构合理，分析问题有层次。
包括设计思想，设计过程，图（曲线），总结和数字仿真。
）
四、设计过程 1、 绘制根轨迹
系统的开环极点为
10,4,0321-=-==p p p ，无开环零点
（1）根轨迹有三条，分别起始于10,4,0321-=-==p p p ，全部终止
于无穷远处
（2）根轨迹对称于实轴且连续变化 （3）渐近线有3条，渐近线与实轴的交点为
7.43
10
40-=--=
a δ 渐近线的倾角为
⎪⎩⎪⎨⎧=±=±=+±=1,0
,3
3)12(k k k a ππ
πϕ （4）实轴上的根轨迹段位于
[][]-∞--,104,0和上
（5）根据分离点和会和点的公式
024.115.0)(')()()('2=++=-s s s M s N s M s N 解得：77.11-=s 57.72-=s （6）根轨迹与虚轴的交点
0235.0025.0)(23=+++=s s s s D 0235.0025.0)(23=++--=ωωωωj j j D 所以可得：与虚轴交点为4.6±=ω 得根轨迹图如下：
2、求校正增益Kc ：
设校正后系统的传递函数为
11
)1.01)(25.01(2)()(0++++=TpS TS K S S S G G C
S C S
11)11.0)(125.0(2++∙
++=TpS TzS S S S Kc
又
%101
0≤==v
v ssv k k v e
可得10≥v k
静态速度误差系数
10)1.01)(25.01(2lim lim 1
)()(00
≥∙++⋅=⋅⋅=++→→I
pS zS c
s s c s s v T T s s s k s G G s k
可得：
5≥c k ，取5=c k
3校验原系统的阶跃响应超调量是否满足要求：
在MATLAB 命令窗口中输入： nl=400;
dl=conv(conv([1 0],[1 4]),[1 10]); sope=tf(nl,dl); sys=feedback （sope,1）; step(sys)
得到原系统的阶跃响应曲线图如下：
由曲线可知，系统的阶跃响应超调量超过50%，没有满足要求，需要进行校正。
4、确定校正装置的闭环主导极点
因校正后闭环主导极点要满足a s p s t M 8.0%,30%
≤≤，
则有⎪⎪⎩
⎪⎪⎨⎧====--s t e
M n s p 8.04%302
1ζωζζπ
得⎩⎨⎧==89.1336.0n
ωζ
求得相应的闭环极点为：
2
1ζωζω-±-=n n d j S
得96.1200.52
,1j S d ±-=
5、求校正器的传递函数
原系统的根轨迹需要加以修正，可在系统的前向通道中串入超前校正装置。
校正装置的确定，应使串入超前校正装置后的根轨迹通过希望的闭环主导极点，也就是必须满足原系统在希望主导极点的相角
o s s s d
d s s s G 218)
1.01)(25.01(2
)(0-=++∠
=∠=
所以校正装置产生的超前相角
o s s c c d
d
G k G 38)12()(0)(=∠-+±=∠=πϕ
用图形来表示超前校正装置零、极点应提供的超前相角，如下图：
应当指出，对于给定的c ϕ值，校正装置的零、极点位置不是唯一的。
在此常采用使系数α为最大可能值的方法确定零、极点位置。
由图可得
)
sin(sin γθπγ
ω--=n
c
z
)
sin()
sin(c
c
n
c
p ϕγθπϕγω---+=
则
)
sin()sin()sin(sin c
c
c
c
p z ϕγγθπϕγθπγα+-----==
令
0=γ
α
d d 得 )(2
1
c
ϕθπγ--=
695
96
.12tan ==art θ
所以有o c 5.36)(2
1=--=ϕθπγ
64.8-=c
z
50.22-=c p
故校正装置的传递函数为
50
.2264
.8)(++=
s s G s c
为补偿超前校正装置的幅值衰减，再串入一个放大倍数为C K 的补偿放大器。
校正后系统的传递函数为：
50.2264
.8)1.01)(25.01(2)()(0++++=
S S K S S S G G C
S C S
)50.22)(11.0)(125.0()64.8(10++++=
S S S S S
用MATLAB 画出校正后系统的根轨迹如图所示
6、用simulink进行动态仿真如下：
校正后的阶跃响应曲线如下：
单位斜坡响应为：
经过分析，校正后的函数符合要求，本设计合理。
五、设计总结
通过本次设计，我加深了对自动控制原理中校正系统的基本概念的认识，熟悉了系统设计的相关应用，进一步了解了校正系统的合理性和实用性。
什么样的课程设计都离不开理论与实际结合的真理，一个细小的参数设定出现偏差，可能导致最后的性能指标不合标准，所以选择一个优良的方案至关重要。
这次课程设计让我对MATLAB软件进一步的学习，也为我再次熟练运用MATLAB打下了基础，这次课程设计还锻炼了我们的细心和耐心，这尤其体现在课程设计的格式上，很多人格式上不过关，关键是不够细心、耐心，严格的格式要求也是在培养我们的做事态度。
我很感谢有这次课程设计的机会，让我明白了很多以前不知道的东西，这些多为日后的工作都是十分宝贵的，同时也让我明白了自己的欠缺。
理论知识的不足在这次课程设计中给我带来了很多麻烦，我会在以后的学习中端正自己的学习态度努力学习，只有这样才能真正的掌握好知识。
六．参考文献
1.《自动控制原理》谢克明主编电子工业出版社
2.《自动控制原理及其应用》黄坚主编高等教育出版社
3.《自动控制理论与设计》徐微莉、曹柱中、田作华编著上海交通大学出版社。