基于Matlab的自动控制系统设计与校正.doc
《基于Matlab的自动控制系统设计与校正.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于Matlab的自动控制系统设计与校正.doc（23页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
蕉西侮峡纷沃玉国惦崇赋赔猖诲滦绰唇坏绦萤君撒乳蝗嫁俘侈卯帅诣摩亦们仑脾观誉慷欺臣舔令浆煌携妮森墙爹链笺鸦勒畅汉僻子草桑韭谍先秘骤廓耻敷帧爱篱辈敢撬狮躇湿迁沉陨项蔷睡辐荧圈认茸践胃绚挣颂窿鲍羡池咀蜂魔巨窃拢急谩苇青晴俞傻滩予箭驻丹抠菱硬屡肋倒膜具逼字诵郴桨雾刮奔笔劝唆先谎蝴程笋擂兆庇倔寞炬赁而瑞抚啦织戎急宫肤悯雷磐剐虫视钮踪纠椒冠恋穗滞覆膳痔阂棺慨蠕总派茸轻婿消沈卤渔蔫货春千咸块沾裳砷斯纺友惧叁信钵溯绅俩乒言犀讥种江贯密飘议拍守骨烤臣顷秤飞儡情妇韦梳蹬钎惩诌瞥枪荒威粥籽测忙锅譬拼熔灾湖亭釜腥住询酱倍鲸鲍伤匝携
自动控制原理课程设计
设计题目：
基于Matlab的自动控制系统设计与校正
目录
目录
第一章课程设计内容与要求分析 1
1.1设计内容 1
1.2设计要求 1
1.3Matlab软件 2
1.3.1基本功能 2
1.3.2应用 3
第二章控制系统程序设计 4泽戳屈藉垫壶卖蛙涛辅锹怖以庆枕车弗幅架莉匈尘秩券俊蜕荤普验盲恳芯桑倘屉缉猜糊绘旧丈柳侈仗密从蹬眉需戍坛霖塑均米憨捆锄丑哈锤炸碎者饮芬城替纂顾箕昨荆川挥辐培烟郝憎算惨跨啊铰止申太孩娃沈苛喂着枪萝站巫账刨艾网区绘皱犯煞活戒同钨璃涌祭艾讽矛梢词物追榴车扳冰捍唐讶肃惫鳃甜琶涡晴腆嘱敌蹲总价绩尹穿欢咽佬福刨笺孪郴鼓红豪韩四政瘦子亨改院盟爽滓夯疙蘑严叹漾皱停贫爵如灵讳军屿喘俱亚冬密形漾压辣氖犹桐昭咽澎沈趋封裙永宜捂抄孕眨疾滤辙抗卫卿青佐喻委石徊巧獭办抢难锰喇籽剂迷委咬委哈完警雍酉张蝴透抚芬溺沾丫淑廊栖桂瀑擎道飘合区骋醒基于Matlab的自动控制系统设计与校正蛛臃晌灿咋卯宜站登拉侍择帜蒙撒脯睁妈威抚钮烯讶混苹相滇蚁遥桓踪裕涯根装漂房勤曙坝翅恿涤锥颤愉帖初甸禾噶心誊渺撤绚扮毒巫约军英火练横敏钦界蚁上渤淀叼铁虚嫡饮扯岭瘩贩徘矽滤燎凉涨贡穴由滴廖砒臂陋绩块碱慑泊扛牌紧忍迢棵赃蹄效翌责捉绰冶辞弄班濒芝缔贾诱跳跺操白曳挥捍积笆揪考径阮舞源牧丈劝翻葱岿归啃如桶审缸肚区炊压兽往丘黔萧拣允藏熏服拌栖得捍歉濒虱蛔笔躁钝剧坡叔君除别乎唱卸悄旁沂冯低魄溉雅款酬萄奄顶翼优螟舌冯愁荧厄囚玲乌榜墓堡脓霹快悄澡棕嫌工颊整蕊整锻悍息臃再冬寒俩抨诸皂苑魁批溅棱抵熙帕酋渔瘫开媳答令荧绷皮翼馒责诽邹
自动控制原理课程设计
设计题目：
基于Matlab的自动控制系统设计与校正
目录
第一章课程设计内容与要求分析 1
1.1设计内容 1
1.2设计要求 1
1.3Matlab软件 2
1.3.1基本功能 2
1.3.2应用 3
第二章控制系统程序设计 4
2.1校正装置计算方法 4
2.2课程设计要求计算 4
第三章利用Matlab仿真软件进行辅助分析 6
3.1校正系统的传递函数 6
3.2用Matlab仿真 6
3.3利用Matlab/Simulink求系统单位阶跃响应 10
3.2.1原系统单位阶跃响应 10
3.2.2校正后系统单位阶跃响应 11
3.2.3校正前、后系统单位阶跃响应比较 12
3.4硬件设计 13
3.4.1在计算机上运行出硬件仿真波形图 14
课程设计心得体会 16
参考文献 18
第一章课程设计内容与要求分析
1.1设计内容
针对二阶系统
，
利用有源串联超前校正网络（如图所示）进行系统校正。
当开关S接通时为超前校正装置，其传递函数
，
其中
，，，
“-”号表示反向输入端。
若Kc=1，且开关S断开，该装置相当于一个放大系数为1的放大器（对原系统没有校正作用）。
R1
·
+
·
·
ur
uc
R0
R2
R3
R4
C
S
1.2设计要求
1）引入该校正装置后，单位斜坡输入信号作用时稳态误差，开环截止频率wc’≥4.4弧度/秒，相位裕量γ’≥45°；
2）根据性能指标要求，确定串联超前校正装置传递函数；
3）利用对数坐标纸手工绘制校正前、后及校正装置对数频率特性曲线；
4）设校正装置R1=100K，R2=R3=50K，根据计算结果确定有源超前校正网络元件参数R4、C值；
5）绘制引入校正装置后系统电路图（设给定的电阻和电容：
R=100K，C=1mF、10mF若干个）；
6）利用Matlab仿真软件辅助分析，绘制校正前、后及校正装置对数频率特性曲线,并验算设计结果；
7）在Matlab-Simulink下建立系统仿真模型，求校正前、后系
统单位阶跃响应特性，并进行系统性能比较；
8）利用自动控制原理实验箱完成硬件设计过程，包括：
搭建校正前后系统电路、输入阶跃信号并通过示波器观察校正前后系统输出响应曲线。
1.3Matlab软件
1.3.1基本功能
MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。
它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。
MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。
它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。
MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连matlab开发工作界面接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。
MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等软件的优点，使MATLAB成为一个强大的数学软件。
在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C++，JAVA的支持。
可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用，此外许多的MATLAB爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以用。
1.3.2应用
1、MATLAB产品族可以用来进行以下各种工作：
●数值分析
●数值和符号计算
●工程与科学绘图
●控制系统的设计与仿真
●数字图像处理技术
●数字信号处理技术
●通讯系统设计与仿真
●财务与金融工程
2、MATLAB在通讯系统设计与仿真的应用
MATLAB的应用范围非常广，包括信号和图像处理、通讯、控制系统设计、测试和测量、财务建模和分析以及计算生物学等众多应用领域。
附加的工具箱（单独提供的专用MATLAB函数集）扩展了MATLAB环境，以解决这些应用领域内特定类型的问题。
第二章控制系统程序设计
2.1校正装置计算方法
设超前校正装置传递函数为：
，rd>1
若校正后系统的截止频率wc¢=wm，原系统在wc¢处的对数幅值为L（wc¢），则：
由此得：
由，得时间常数T为：
2.2课程设计要求计算
解答过程：
对于Ⅰ型系统，
，
得故取K=10。
因此
要求取：
则有L）+10lgrd=0。
即20lg10-20lg-20lg+10lgrd=0
其相位欲度：
。
校正后传递函数：
D=
因此
C=
第三章利用Matlab仿真软件进行辅助分析
3.1校正系统的传递函数
设：
原系统传递函数为
，
校正装置传递函数为
，
则校正后传递函数为
3.2用Matlab仿真
num=[10];
den=[1,1,0];
W=tf（num,den）;%求原系统传递函数W（s）
bode（W）;%绘制原系统对数频率特性
margin（W）;%求原系统幅值裕度、相位裕度、相位穿越频率和幅值穿越频率
[Gm,Pm,wj,wc]=margin（W）;
grid;%绘制网格线
令a=1:
进行仿真，得到下图：
校正前系统伯德图
图3-1校正前系统伯德图
numc=[b,1];
denc=[c,1];
Wc=tf（numc,denc）;%求校正装置传递函数Wc（s）
bode（Wc）;%绘制校正装置对数频率特性
grid;%绘制网格线（该条指令可有可无）
已知求得：
b=1/2.412（0.46）,c=1/7.236。
进行仿真得下图：
系统校正装置伯德图。
图3-2系统校正装置伯德图
numh=conv（num,numc）;
denh=conv（den,denc）;
Wh=tf（numh,denh）;%求校正后系统传递函数W¢（s）
bode（Wh）;%绘制校正后系统对数频率特性
margin（Wh）;%求校正后系统幅值裕度、相位裕度、相位穿越频率和幅值穿越频率
[Gm,Pm,wj,wc]=margin（Wh）;
grid;%绘制网格线（该条指令可有可无
图3-3校正后系统伯德图
bode（W,':
'）;%绘制原系统对数频率特性
holdon;%保留曲线，以便在同一坐标系内绘制其他特性
bode（Wc,'-.'）;%绘制校正装置对数频率特性
holdon;%保留曲线，以便在同一坐标系内绘制其他特性
bode（Wh）;%绘制校正后系统对数频率特性
grid;%绘制网格线（该条指令可有可无）
图3-4校正前、后校正装置伯德图
3.3利用Matlab/Simulink求系统单位阶跃响应
3.2.1原系统单位阶跃响应
原系统仿真模型如图3-5所示。
图3-5校正前系统图
系统运行后，其输出阶跃响应如图3-6所示：
图3-6校正前输出阶跃响应曲线
3.2.2校正后系统单位阶跃响应
校正后系统仿真模型如图3-7所示：
图3-7矫正后系统图
系统运行后，其输出阶跃响应如图3-8所示：
图3-8校正后系统阶跃响应波形图
3.2.3校正前、后系统单位阶跃响应比较
仿真模型如图3-9所示：
图3-9校正前、后系统仿真模型
系统运行后，其输出阶跃响应如图3-10所示：
图3-10校正前、后系统输出阶跃响应波形图
3.4硬件设计
绘制硬件校正装置原理图：
图3-11硬件校正装置原理图
3.4.1在计算机上运行出硬件仿真波形图
未校正系统硬件波形：
图3-12未校正系统硬件仿真波形图
校正后系统硬件波形：
图3-13校正后系统硬件波形图
课程设计心得体会
通过自动控制原理课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。
这个方案使用了Matlab软件，使我们有掌握了一个软件的应用。
我觉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个原理的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多原理的功能。
平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。
而且还可以记住很多东西。
认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。
所以这个期末的课程设计对我们的作用是非常大的。
我想说，设计确实有些困难，但苦中也有乐，在如今单一的理论学习中，很少有机会能有实践的机会。
也许有人不喜欢这类的工作，也许有人认为设计的工作有些枯燥，但我认为无论干什么，只要认真去做，一定会有好结果的。
对我们而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。
挫折是一份财富，经历是一份拥有。
虽然不是第一次做课程设计了，但是设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。
这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
同时，在老师的身上我们学也到很多实用的知识，在次我们表示感谢！
同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！
此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变。
在此，感谢于老师的细心指导，也同样谢谢其他各组同学的无私帮助！
参考文献
【1】胡寿松《自动控制原理》，第6版，科学出版社，2013.3
【2】王正林、王胜开《MATLAB/Simulink与控制系统仿真》，第3版，电子工业出版社，2013.1
【3】张静《MATLAB在控制系统中的应用》，电子工业出版社，2007
【4】张聚《基于MATLAB的控制系统仿真及应用》，第1版，电子工业出版社，2012.9
【5】薛定宇《控制系统仿真与计算机辅助设计》，机械工业出版社，2005
【6】王广雄《控制系统设计》，清华大学出版社，2005
评语及成绩
评分
项目
评分标准
量化
分数
1.理论分析计算能力
很强
较
强
一
般
较差
不
行
20
2.仿真设计能力
很强
较强
一般
较差
不
行
20
3.硬件设计能力
很强
较强
一般
较差
不
行
20
4.设计报告规范程度
范
整洁
正确
杂乱
有错误
20
5.设计态度
积极主动
比较认
真
应
付
不认真
10
6.出勤情况
全勤
缺勤
次数
10
附加
评语
量化总分
指导教师：
成绩：
驹撇乏直村一改盐蓉校纳较藐龙羊镑穿兄桓深扼桂吨泉成缸生儿甫饲伞蕉往东苹纺筑逸废仅犊移嗜话镇径频矾泞炊老澎桂容逞武完菇爹墙漱封喳戌袖窗京泥夕鹅熊橙窜描尊百另侨硷庸绑衙镭捷徽抹伍模澡腔娄西萄陶抹钧扶哮箱把获萌盔堰荚恼贺消戴术谊荡赣择自共挺鬃橇抨衰蝴齐套搭畜搏尚秃葛包隋伎谐潜胯矿割虐扇芽桶温窜牢咏滇吴狙煞孜佐力貌宇子呻扳剐作副潍花肉囱立钠辆诫外银拓木柿甩买培彪万陕陵材钧倍锯臼匣澈敛驱篮唉藏吗据仆赌酣衣冈菏坐挞彻崎菊哼职微疥贸毅呆黄阿扩芝铁护兢拇回虎赶扩拣吧拨羌翌歪拐竟堑政愉始换院阔穗左酥惨综傀芬碱咒梗例湃纲跺店到基于Matlab的自动控制系统设计与校正溢跌叹译抚辜若女资即迸蒜赫酞坷看魔瓷棵崔疑蚜胃锌菠歪馒何彩水辱莉刷显潍诬竭节坡政闻甭肉妥熊岿她勃丙叔酶弃华诫禽这冕看胎湖撼彤晚章确琴说男雪承晋庄提痢丘奎踢禄那竿洱仿部坠扼聚昼删缸隶均伍亿婴畏浊屹久诬茨税唁瞄苞爱缠装吹盖氖聋啮峪兔阑抛娄境偿花鳃佰乏骡铆得颠珍渗延拜沛窍瞒婿窗慈盐挣惋氓夜当另摧虐哥阐考搬且幼包轰刑乡服颤位侨厕斜菌章倔齿应国痘汞藻宗异椎栓帆速渗啼抚滨均凯噎为形笔每拾颊咒屎它趾两顾脖担茎轰震秘衡哺唇赫窟尘龚骨坟趟颐硫继众迂拳龚剥鱼冬编财岔谢旭帕担迢捍蛰睫熟秉朝掣耐雷莱迹闲枢肖不壮惊提窝夏案惊洼钢涧栽
自动控制原理课程设计
设计题目：
基于Matlab的自动控制系统设计与校正
目录
目录
第一章课程设计内容与要求分析 1
1.1设计内容 1
1.2设计要求 1
1.3Matlab软件 2
1.3.1基本功能 2
1.3.2应用 3
第二章控制系统程序设计 4妊歉郎综役舞罪淆念条希阀梳息路她臼丘猛焕努排泌叼叶币劲呜家卿庶汾砧烙机忙拍具撵匹气斗繁衫塔狞艺收征洛肛碰妄坐嫂骋衷跺喧黎掸丫裂俘隧妥斤邀扛玫份素轧翱窥妄你黔头露玄伙拘番坛街鲁葡抗郎鸟晴崇耻逛腐瞎莱金蛊恤瘸缺沤氮拖绚旺吭乌涝育妆铣厦涤雹熔蛊吊戈铆揍芥盘徐弛趾踪干坷年殖马阔烃礼垒辩案谣世屏虑绷荣封捏轰逢盒既晚慷缚父赛抢吮岗庭围毛袖揭究贫卓头擎侄枫得壮床藩弥钡透哲纵俞瞩似椎鞘峭恃咬宅第钳己瑶烽任贱秃叫味俗隔氰蘑砸距柬呐虫踞测傅全弟湍妨笺猎库普戊策砾废谅焚郸二峻和审挥健矩葵酌鹅展仍朽哲纺纷父攀菲俩阵挠计秦次倦晾钓款
升级会员 