【正文】 總之，通過這次做課程設(shè)計，我學到了很多，無論是課內(nèi)的還是課外的，這些都為今后繼續(xù)學習奠定了基礎(chǔ)。武漢理工大學《自動控制原理》課程設(shè)計說明書 20 4 心得體會 通過這次《自動控制原理》課程設(shè)計加深了我對自動控制原理這門課的理解，在做課程設(shè)計之前，我先將書上的相關(guān)內(nèi)容重新復習了一遍，并將先前沒理解的問題搞懂了，在做課程設(shè)計的過程中，我盡量將自己所學過的知識都用在里面，比如在做校正前后系統(tǒng)的穩(wěn)定性判別時我用到了我們所學過的多種方法比如基于系統(tǒng)閉環(huán)特征方程的勞斯判據(jù)，基于頻率響應的奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)，基于開環(huán)傳遞函數(shù)的根軌跡法等，都得 到了同樣的結(jié)果，達到了預想的效果，這些都加深了我對《自動控制原理》這門課中相關(guān)內(nèi)容的理解。) 結(jié)果如下圖所示： 武漢理工大學《自動控制原理》課程設(shè)計說明書 19 圖 15 已校正系統(tǒng)的單位斜坡響應曲線 串聯(lián)滯后 超前校正設(shè)計小結(jié) 至此，全部校正工作已經(jīng)完成，對比校正前后的系統(tǒng)可以發(fā)現(xiàn)： 1) 校正前系統(tǒng)不穩(wěn)定，校正后系統(tǒng)變穩(wěn)定； 2) 校正后系統(tǒng)的相角裕度從 ，幅值裕度從 提高到 。) 結(jié)果如下圖所示： 武漢理工大學《自動控制原理》課程設(shè)計說明書 18 已校正系統(tǒng)單位階躍響應T i m e ( s e c o n d s )Amplitude0 5 10 1500 . 20 . 40 . 60 . 811 . 21 . 4S y s t e m : s y s 3 _ s t e pR i s e t i m e ( s e c o n d s ) : 0 . 9 8 1S y s t e m : s y s 3 _ s t e pP e a k a m p l i t u d e : 1 . 2 2O v e r s h o o t ( % ) : 2 2A t t i m e ( s e c o n d s ) : 2 . 3 5S y s t e m : s y s 3 _ s t e pS e t t l i n g t i m e ( s e c o n d s ) : 8 . 1 8S y s t e m : s y s 3 _ s t e pF i n a l v a l u e : 1 圖 14 已校正系統(tǒng)的單位階躍響應曲線 從圖中可以看出上升時間 ，峰值時間 ，超調(diào)量 22%，調(diào)節(jié)時間（ ? =? 2%）。 繪制已校正系統(tǒng)的根軌跡圖 用 MATLAB 繪制出已校正系統(tǒng)的根軌跡圖，命令如下： rlocus(sys3) %已校正系統(tǒng)根軌跡圖 title(39。 2345 ?????? ssssssD () 列出勞斯表，如下表所示： ns 第一列 第二列 第三列 5s 235 4s 384 10 3s 0 2s 10 0 1s 0 0 0s 10 0 0 從勞斯表中可以看出第一列系數(shù)全部大于零，所以閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定。校正裝置 bode 圖 39。39。39。 ??? ??? ssTss sTsGsGsGc ?? () 令 =sj? ，帶入上式得： ))()(( )1(10)(39。39。 ) +20l gT 39。39。 繪制待校正系統(tǒng)的單位斜坡響應曲線 在 MATLAB 命令窗口中輸入如下命令： sys2_step=sys2/s^2 %求未校正系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù) impulse(sys2_step) %未校正系統(tǒng)單位斜坡響應 hold on title(‘未校正系統(tǒng)單位階躍響應 ’) 結(jié)果如下圖所示： 武漢理工大學《自動控制原理》課程設(shè)計說明書 10 圖 7 待校正系統(tǒng)的單位斜坡響應曲線 滯后超前 網(wǎng)絡(luò)相關(guān)參數(shù)的計算 由前所述串聯(lián)滯后 超前校正網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為 ： ( 1+T s ) ( 1+T s )( s ) = , ( 1)T( 1+ T s ) ( 1+ s )abcbaG ??? () 1)已校正系統(tǒng)開環(huán)截止頻率的選?。? 由系統(tǒng)的開環(huán)幅頻特性曲線可以得出斜率為 20dB/dec 的漸近線與斜率為 40dB/dec 的漸近線的交接頻率為 1rad/s,斜率為 40dB/dec 的漸進線與斜率為 60dB/dec 的漸進線的交接頻率為 2rad/s，為了使中頻區(qū)占據(jù)一定的寬度并且使系統(tǒng)有較好的動態(tài)性能，通常取校正后的開環(huán)截止頻率39。 由此可知未校正系統(tǒng)的穿越頻率為 ，截止頻率為 。于是可得出待校正系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為： 現(xiàn)將其寫成最小相位典型環(huán)節(jié)相乘的形式： ))(1( 10)4)(1( 40)( ?????? sssssssG () 2)運用勞斯穩(wěn)定判據(jù)判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性 因為該系統(tǒng)為單位反饋系統(tǒng)，由此可得系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為： 10)(1 )()(23 ??????? ssssGsGs () 由此可得系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程為： )( 23 ???? ssssD () 列出勞斯表，如下表所示： 武漢理工大學《自動控制原理》課程設(shè)計說明書 5 ns 第一列 第二列 3s 1 2s 10 1s 1 0 0s 10 0 由于勞斯表第一列中有一個系數(shù)為 10，因此第一列系數(shù)變化兩次，說明系統(tǒng)閉環(huán)特征方程有兩個正實部的根，系統(tǒng)不穩(wěn)定。c b cL ??可由帶校正系統(tǒng)幅頻特性曲線斜率為 40dB/dec 的部分在39。( 39。39。) +20l gT 39。39。 b? 的這種選法，可以降低已校正系統(tǒng)的階次，且可保證中頻區(qū)斜率為期望的 20dB/dec，并占據(jù)較寬的頻帶； 4) 根據(jù)響應速度的要求，選擇系統(tǒng)的截止頻率 39。 串聯(lián)滯后 超前校正的設(shè)計步驟 串聯(lián)滯后 超前校正的設(shè)計步驟如下： 1) 根據(jù)穩(wěn)態(tài)性能要求確定開環(huán)增益 K； 2) 繪制待校正的對數(shù)幅頻特性，求出待校正系統(tǒng)的截止頻率 39。只要確定 a? ， b? ， ? ，或者確定 aT ， bT ， ? 就可以確定滯后 超前網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)。每種方法都有不同的適用范圍，應當根據(jù)實際要求恰當?shù)倪x擇，由于本題要求采用串聯(lián)滯后 超前校正，下面將著重介紹這種方法。 在頻域內(nèi)進行系統(tǒng)設(shè)計，是一種間接而又簡單的設(shè)計方 法，它雖然以伯德圖的形式給出非嚴格意義上的系統(tǒng)動態(tài)性能，但卻能方便的根據(jù)頻域指標確定校正裝置的參數(shù)，特別是對已校正系統(tǒng)的高頻特性有要求時，采用頻域校正法較其他方法更為方便。它將數(shù)值分析、矩陣計算、科學數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強大功能集成在一個易于使