【正文】 課程設(shè)計報告( 2012 2013 年度 第 1 學(xué)期)名 稱： 《自動控制理論》課程設(shè)計 題 目：基于自動控制理論的性能分析與校正 院 系： 自動化 班 級： 自動化1004 學(xué) 號： 201002020416 學(xué)生姓名： 王桐 指導(dǎo)教師： 孫海蓉 設(shè)計周數(shù)： 1周 成 績： 日期： 2012 年 12 月 31 日38 / 46一、課程設(shè)計的目的與要求1． 正文為宋體，五號字 行間距為21 1．1 1．2 （請按任務(wù)書寫，把任務(wù)書考過來，從第三行開始考）二、設(shè)計正文1． 正文為宋體，五號字 行間距為21 1．1 1．2 （包括題目，解題過程即程序，結(jié)果即打印曲線）三、課程設(shè)計總結(jié)或結(jié)論1． 正文為宋體，五號字 行間距為21 1．1 1．2 四、參考文獻(xiàn)[1] 作者1, 作者2. 書名. 出版單位, 版本. 出版日期《自動控制理論》課程設(shè)計一、 設(shè)計題目基于自動控制理論的性能分析與校正二、 目的與要求本課程為《自動控制理論A》的課程設(shè)計，是課堂的深化。設(shè)置《自動控制理論A》課程設(shè)計的目的是使MATLAB成為學(xué)生的基本技能，熟悉MATLAB這一解決具體工程問題的標(biāo)準(zhǔn)軟件，能熟練地應(yīng)用MATLAB軟件解決控制理論中的復(fù)雜和工程實際問題，并給以后的模糊控制理論、最優(yōu)控制理論和多變量控制理論等奠定基礎(chǔ)。作為自動化專業(yè)的學(xué)生很有必要學(xué)會應(yīng)用這一強大的工具，并掌握利用MATLAB對控制理論內(nèi)容進(jìn)行分析和研究的技能，以達(dá)到加深對課堂上所講內(nèi)容理解的目的。通過使用這一軟件工具把學(xué)生從繁瑣枯燥的計算負(fù)擔(dān)中解脫出來，而把更多的精力用到思考本質(zhì)問題和研究解決實際生產(chǎn)問題上去。通過此次計算機輔助設(shè)計，學(xué)生應(yīng)達(dá)到以下的基本要求：。 SYSTEM 工具箱和SIMULINK仿真軟件，分析系統(tǒng)的性能。三、 主要內(nèi)容1．前期基礎(chǔ)知識，主要包括MATLAB系統(tǒng)要素，MATLAB語言的變量與語句，MATLAB的矩陣和矩陣元素，數(shù)值輸入與輸出格式，MATLAB系統(tǒng)工作空間信息，以及MATLAB的在線幫助功能等。2．控制系統(tǒng)模型，主要包括模型建立、模型變換、模型簡化，Laplace變換等等。3．控制系統(tǒng)的時域分析，主要包括系統(tǒng)的各種響應(yīng)、性能指標(biāo)的獲取、零極點對系統(tǒng)性能的影響、高階系統(tǒng)的近似研究，控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析，控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差的求取。4．控制系統(tǒng)的根軌跡分析，主要包括多回路系統(tǒng)的根軌跡、零度根軌跡、純遲延系統(tǒng)根軌跡和控制系統(tǒng)的根軌跡分析。5．控制系統(tǒng)的頻域分析，主要包括系統(tǒng)Bode圖、Nyquist圖、穩(wěn)定性判據(jù)和系統(tǒng)的頻域響應(yīng)。6．控制系統(tǒng)的校正，主要包括根軌跡法超前校正、頻域法超前校正、頻域法滯后校正以及校正前后的性能分析。四、 進(jìn)度計劃序號設(shè)計內(nèi)容完成時間備注1基礎(chǔ)知識、數(shù)學(xué)模型20121312時域分析法、頻域分析2013133根軌跡分析、系統(tǒng)校正2013154整理打印課程設(shè)計報告2013165答辯201316 自動控制原理課程設(shè)計論文正文目 錄第一板塊 前期基礎(chǔ)知識 1第二板塊 控制系統(tǒng)模型 1 有理數(shù)模型的建立 1 零極點模型 1 反饋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖模型 2 Simulink建模方法 2 例11 4 例12 4第三板塊 控制系統(tǒng)的時域分析 5 線性系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 5 系統(tǒng)動態(tài)特性分析 6 例21 9 例22 11第四板塊 控制系統(tǒng)的根軌跡 10 理論分析 10 例31 11 例32 12第五板塊 控制系統(tǒng)的頻率分析 16 頻率特性 16 用MATLAB作奈魁斯特圖 17 用MATLAB作伯德圖 17 用MATLEB求取穩(wěn)定裕量 19 時間延遲系統(tǒng)的頻域響應(yīng) 19 例42 20 例41 22 第六板塊 控制系統(tǒng)的校正 24 根軌跡串聯(lián)超前校正，例51 24 根軌跡串聯(lián)滯后校正，例52 29 頻率串聯(lián)超前校正，例53 33 頻率串聯(lián)滯后校正，例54 36第七板塊 體會和心得 37第八板塊 參考文獻(xiàn) 38 本周，進(jìn)行了自動控制原理的課程設(shè)計，在為時一周的課設(shè)中，我們主要練習(xí)了MATLAB的使用，這周時間內(nèi)主要學(xué)習(xí)的內(nèi)容分為：前期基礎(chǔ)知識，控制系統(tǒng)模型，控制系統(tǒng)的時域分析，控制系統(tǒng)的根軌跡分析，控制系統(tǒng)的頻域分析和控制系統(tǒng)的矯正六個板塊：一、前期基礎(chǔ)知識__關(guān)于MATLABMATLAB是Mathworks公司開發(fā)的一種集數(shù)值計算、符號計算和圖形可視化三大基本功能于一體的功能強大、操作簡單的優(yōu)秀工程計算應(yīng)用軟件。MATLAB不僅可以處理代數(shù)問題和數(shù)值分析問題，而且還具有強大的圖形處理及仿真模擬等功能。從而能夠很好的幫助工程師及科學(xué)家解決實際的技術(shù)問題。MATLAB的含義是矩陣實驗室（Matrix Laboratory），最初主要用于方便矩陣的存取，其基本元素是無需定義維數(shù)的矩陣。經(jīng)過十幾年的擴充和完善，現(xiàn)已發(fā)展成為包含大量實用工具箱（Toolbox）的綜合應(yīng)用軟件，不僅成為線性代數(shù)課程的標(biāo)準(zhǔn)工具，而且適合具有不同專業(yè)研究方向及工程應(yīng)用需求的用戶使用。MATLAB最重要的特點是易于擴展。它允許用戶自行建立完成指定功能的擴展MATLAB函數(shù)（稱為M文件），從而構(gòu)成適合于其它領(lǐng)域的工具箱，大大擴展了MATLAB的應(yīng)用范圍。目前，MATLAB已成為國際控制界最流行的軟件，控制界很多學(xué)者將自己擅長的CAD方法用MATLAB加以實現(xiàn)，出現(xiàn)了大量的MATLAB配套工具箱，如控制系統(tǒng)工具箱（control systems toolbox），系統(tǒng)識別工具箱（system identification toolbox），魯棒控制工具箱（robust control toolbox），信號處理工具箱（signal processing toolbox）以及仿真環(huán)境SIMULINK等。二、控制系統(tǒng)模型的建立有理數(shù)模型的建立線性系統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型可一般地表示為：　　　 (1)將系統(tǒng)的分子和分母多項式的系數(shù)按降冪的方式以向量的形式輸入給兩個變量和，就可以輕易地將傳遞函數(shù)模型輸入到MATLAB環(huán)境中。命令格式為：?！　　　　　　　　　　　　　　　　　? （2）?！　　　　　　　　　　　　　　　　　? （3）在MATLAB控制系統(tǒng)工具箱中，定義了tf() 函數(shù)，它可由傳遞函數(shù)分子分母給出的變量構(gòu)造出單個的傳遞函數(shù)對象。從而使得系統(tǒng)模型的輸入和處理更加方便。該函數(shù)