自动控制超前校正课程设计大连海洋大学课程设计报告纸息工程专业班级:自动化09-1 姓名:学号:090513自动化专业课程设计报告《自动控制原理课程设计》班级自动化09-1班姓名学号09051时间2011-12-26 ～2011-12-30地点电信实验中心软件机房19指导教师邓长辉、崔新忠大连海洋大学信息工程学院自动化教研室目录一、课程设计的题目与要求 (1)二、课程设计的目的 (1)三、课程设计的内容与安排 (1)四、课程设计的步骤 (1)五、课程设计的心得与体会 (7)六、参考文献 (8)超前校正课程设计 一、 课程设计设计题目：已知单位反馈系统开环传递函数如下： ()()()10.110.3O kG s s s s =++试设计超前校正环节，使其校正后系统的静态速度误差系数6v K ≤，相角裕度为45度，并绘制校正前后系统的单位阶跃响应曲线，开环Bode 图和闭环Nyquist 图。

二、 课程设计目的 1. 通过课程设计使学生更进一步掌握自动控制原理课程的有关知识，加深对内涵的理解，提高解决实际问题的能力。

2. 理解自动控制原理中的关于开环传递函数，闭环传递函数的概念以及二者之间的区别和联系。

3. 理解在自动控制系统中对不同的系统选用不同的校正方式，以保证得到最佳的系统。

4. 理解在校正过程中的静态速度误差系数，相角裕度，截止频率，超前(滞后)角频率，分度系数，时间常数等参数。

5.学习MATLAB 在自动控制中的应用，会利用MATLAB 提供的函数求出所需要得到的实验结果。

三、课程设计的内容与安排 1. 布置任务书，查阅资料设计、计算（１天） 2. 程序设计、上机调试程序（３天） 3. 调试、验收，书写报告（0.5天） 4. 成绩评定（0.5天） 四、课程设计步骤 1. 设计思想：设计一个串联超前校正环节，适当地选择参数a 和T,就可以使其校正后系统的静态速度误差系数，相角裕度等满足指标的要求，从而改善系统的动态性能。

2. 设计步骤：Bode Diagram Gm = 6.94 dB (at 5.77 rad/sec) , P m = 21.2 deg (at 3.74 rad/sec)Frequency (rad/sec)-150-100-50050M a g n i t u d e (d B )Response: untitled1Frequency (rad/sec): 3.74Magnitude (dB): 0.009791010101010-270-225-180-135-90P h a s e (d e g )Response: untitled1Frequency (rad/sec): 3.73P hase (deg): -159大 连 海 洋 大 学 课 程 设 计 报 告 纸 息工程 专业班级:自动化09-1 姓名: 学号:1) 根据系统稳态性能要求，确定开环增益K K=6. 2) 利用已确定的开环增益K ，画出校正前的开环Bode 图STEP 图和闭环Nyquist 图。

计算未校正系统的相角裕量。

3)根据已校正系统希望的剪切率，计算超前网络参数。

=c ω 3.74rad/s, =γ1800-1590 =210 由于题目要求γ=450，因此γωγγψ∆+-=)(c m , 所以=m ψ450-210+γ∆，先选取γ∆=200， 于是有：m ψ=440， sin(m ψ)=a-1/a+1=0.7547求出a=6.55 -L(c ω)=Lc(m ω)=10Lg(a)=10Lg(6.55)=8.1624 得 c ω=mω=6.55rad/s 确定超前网络参数TT=1/（ωm*sqrt （a ））=0.06343所以，超前网络的传递函数为:Ts aTs s G c++=11)(s s 06341.014152.01++= 校正后的开环传函为:大 连 海 洋 大 学 课 程 设 计 报 告 纸 息工程 专业班级:自动化09-1 姓名:)06341.01)(3.01)(1.01()4152.01(6)()(0s s s s s s G s G c ++++=4)验算已校正系统的相角裕量 验证相裕角度为410不符合题目要求继续验证，重复上述过程，最后确定γ∆=270得相角裕度正好为45度，满足条件. 所以 ==c m ωω 6.51， 确定超前网络参数为 T=1/（ωm*sqrt （a ））=0.05375所以，超前网络的传递函数为:Ts aTs s G c ++=11)(s s 05375.014383.01++=校正后的开环传函为:)05375.01)(3.01)(1.01()4383.01(6)()(0s s s s s s G s G c ++++=3．设计程序代码：1）校正前程序：num=6;f1=[1,0],f2=[0.1,1],f3=[0.3,1];den=conv(f1,conv(f2,f3));[mag,phase,w]=bode(num,den);figure(1);margin(mag,phase,w);hold on;figure(2);s1=tf(num,den);sys=feedback(s1,1);step(sys);hold on;figure(3);nyquist(sys);大连海洋大学课程设计报告纸息工程专业班级:自动化09-1 姓名: 121校正前STEP图，开环Bode图和闭环Nyquist图如下：Bode DiagramGm = 6.94 dB (at 5.77 rad/sec) , P m = 21.2 deg (at 3.74 rad/sec)Frequency (rad/sec)-150-100-5050M a g n i t u d e (d B )Response: untitled1Frequency (rad/sec): 3.74Magnitude (dB): -0.01591010101010-270-225-180-135-90P h a s e (d e g )Response: untitled1Frequency (rad/sec): 3.74P hase (deg): -15900.20.40.60.811.21.41.6Step ResponseTime (sec)A m p l i t u d e大 连 海 洋 大 学 课 程 设 计 报 告 纸 息工程 专业班级:自动化09-1 姓名: 1-2-1.5-1-0.500.51 1.5-3-2-1123Nyquist DiagramReal Axis I m a g i n a r y A x i s2）校正后程序：num1=6;num2=[0.4383,1];num=conv(num1,num2);f1=[1,0],f2=[0.1,1],f3=[0.3,1],f4=[0.05375,1];den=conv(f1,conv(f2,conv(f3,f4)));[mag,phase,w]=bode(num,den);figure(1);margin(mag,phase,w);hold on;figure(2);s1=tf(num,den);sys=feedback(s1,1);step(sys);hold on;figure(3);nyquist(sys);校正后的STEP 图，开环Bode 图和闭环Nyquist 图如下：大 连 海 洋 大 学 课 程 设 计 报 告 纸 息工程 专业班级:自动化09-1 姓名:Bode DiagramGm = 11.7 dB (at 14.7 rad/sec) , P m = 45.3 deg (at 6.51 rad/sec)Frequency (rad/sec)1010101010-270-225-180-135-90Response: untitled1Frequency (rad/sec): 6.56P hase (deg): -135P h a s e (d e g )-150-100-5050M a g n i t u d e (d B )00.20.40.60.811.2 1.4 1.6 1.8200.20.40.60.811.21.4Step ResponseTime (sec)A m p l i t u d e大 连 海 洋 大 学 课 程 设 计 报 告 纸 息工程 专业班级:自动化09-1 姓名: 1-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81-1.5-1-0.50.511.5Nyquist DiagramReal Axis I m a g i n a r y A x i s五、课程设计心得与体会：本次课程设计让我知道了跟轨迹法频率特性法及乃奎斯特图法，通过课设实践对上述方法有了更深如的理解，并通过本次设计认识到了所学原理知识的应用。

阔宽了视野。

最终能够完整的完成此次课程设计，锻炼了自己查询资料，阅读资料，运用资料的能力。

加强了个人独立思考的能力，最终得到了比较正确的实验结果。

大 连 海 洋 大 学 课 程 设 计 报 告 纸 息工程 专业班级:自动化09-1 姓名:六、参考文献1.《自动控制原理》孟华编著机械工业出版社2.《自动控制原理》胡寿松编著科学出版社3.《控制系统设计与仿真》李宜达编著清华大学出版社4.《控制系统仿真与计算机辅助设计》薛定宇编著机械工业出版社5.《MATLAB语言与自动控制系统设计》魏克新等编著机械工业出版社。