【正文】 ation of state。通過設計，鍛煉同學自我發(fā)現問題，并且自主解決問題的能力。時域中常用的數學模型有微分方程，差分方程和狀態(tài)方程；復頻域中有傳遞函數，結構圖；頻域中有頻域特性；S平面的根軌跡特性等?？刂葡到y(tǒng)的數學模型是描述系統(tǒng)內部的物理量（或變量）之間關系的數學表達式。在本文中，將要討論的系統(tǒng)是線性定常二階系統(tǒng)，主要研究其靜態(tài)性能，動態(tài)性能，及其通過串聯(lián)校正來使其達到預期的性能指標，最后通過軟件進行仿真研究。根據它們是系統(tǒng)本身內在的，可以分為一階，二階，三階，四階以及高階等。在控制系統(tǒng)中設計分析系統(tǒng)的方法很多，主要有根軌跡法，頻域法，狀態(tài)變量法及其設置觀測器法等。其中：三、系統(tǒng)參量：系統(tǒng)輸入信號：r（t）；系統(tǒng)輸出信號：y（t）；四、設計指標 ：：在輸入為 r（t）＝ a＋ bt，（其中：a＝ 5 b＝ 1/ sec.）≤，要求動態(tài)期望指標： ； 五、設計要求 ：基于頻率特性法，試用二階參考模型法（即 ）設計串聯(lián)校正裝置 ，以使系統(tǒng)滿足設計指標的要求。重慶郵電大學移通學院畢業(yè)設計任務書（簡明）技術資料一．設計題目：題目18 基于二階參考模型隨動系統(tǒng)串聯(lián)校正設計及仿真研究二、系統(tǒng)說明：設二階系統(tǒng)結構框圖如所示 二階系統(tǒng)結構框圖 其中：為線性滑動電位器，可調范圍為：設計過程中可忽略各種干擾，比如：運算放大器的零點漂移，環(huán)節(jié)間的負載效應，外界強電力設備產生的電磁干擾等。指導教師簽字： 汪紀鋒 年 月 日系主任簽字： 年 月 日備注：此任務書于第一學期第十六周前由系主任發(fā)放給指導教師，指導教師填寫完整后于下學期第一周內交回各系，由各系進行統(tǒng)計并組織學生于第二周進行選題，確定選題后，交至輔導員于第三周發(fā)放給學生。 進度計劃第4周～第6周：完成系統(tǒng)建模，性能分析；第7周～第10周：按性能指標提出校正設計方案；第11周～第14周：完成原系統(tǒng)及校正后系統(tǒng)仿真研究，并作比較研究；第15周～第17周：撰寫論文、修改論文，完成答辯。 重慶郵電大學移通學院本科畢業(yè)設計（論文） 重慶郵電大學移通學院畢業(yè)設計（論文）設計（論文）題目：基于二階參考模型隨動系統(tǒng)串聯(lián)校正及仿真研究單 位（系別） ：自動化系學 生 姓 名 ：專 業(yè) ：電氣工程與自動化班 級 ：學 號 ：指 導 教 師 ：答辯組 負責人 ：填表時間： 20 13 年 5 月重慶郵電大學移通學院教務處制重慶郵電大學移通學院畢業(yè)設計(論文)任務書設計(論文)題目 基于二階參考模型隨動系統(tǒng)串聯(lián)校正設計及仿真研究 學生姓名 馬強 系別 自動化系專業(yè)電氣工程與自動化 班級05130901 指導教師 汪紀鋒 職稱 教授 聯(lián)系電話 42871150 教師單位重慶郵電大學移通學院 下任務日期__ 2013 ____年__3__月_15_日 主 要 研 究 內 容 方 法 和 要 求研究典型的Ⅰ型2階線性系統(tǒng)性能及綜合設計，以達到使該系統(tǒng)滿足工程實際性能指標的要求?；疽螅?. 運用經典控制理論分析給定的典型的Ⅰ型2階線性系統(tǒng)基本特性； ，提出改善系統(tǒng)性能特性滿足性能指標要求的設計方案； 3應用MATLAB/SIMULINK（或物理模擬）對設計系統(tǒng)進行仿真驗證。 主 要 參 考 文 獻，《現代控制理論》 ，；，《線性系統(tǒng)理論》（第2版），清華大學出版社，； Chen,《Linear System Theory and Design》， AND WINSTON，；，《自動控制元件》，北京航空航天大學出版社，；《自動控制原理實驗教程》（硬件模擬與MATLAB仿真），機械工業(yè)出版社，；。畢業(yè)設計于第四周開始進行。定義 為原二階系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數。重慶郵電大學移通學院：自動化系 指導教師：汪紀鋒 日期： 摘 要自動控制在工程和科學領域起著很重要的作用，已經成為現代生產及工業(yè)過程中重要而不可缺少的組成部分。實際系統(tǒng)中存在多種不同類型的系統(tǒng)。到目前為止我們所討論的線性定常系統(tǒng)的分析方法和設計方法，包括傳遞函數和拉普拉斯變換的應用。在控制系統(tǒng)的分析與綜合設計中，首先要建立系統(tǒng)的數學模型。在自動控制理論中，數學模型有多種形式。自動控制原理課程設計是該課程的一個重要的教學環(huán)節(jié)，它既有別與畢業(yè)設計，更不同于課堂教學。它主要是培養(yǎng)學生運用自動控制原理課程中所學到的理論知識，掌握反饋控制系統(tǒng)的基本理論和方法，對工程實際系統(tǒng)進行完整的全面分析和綜合。 plex frequency domain transfer function, structure diagram。 the S plane root locus characteristics. Automatic Control Theory course design is an important teaching aspect of the course, it has both do graduate design, different from the classroom teaching. Through design exercise students selfdiscovery problem, and independent problemsolving skills. It is mainly theoretical knowledge learned in the use of automatic control theory courses students master the basic theory and method of feedback control systems, plete a prehensive analysis and synthesis of engineering systems.【Key words】 Second Simulation Linear目 錄前 言 1第一章 控制系統(tǒng)的簡介 3第一節(jié) 線性控制系統(tǒng) 3第二節(jié) 自動控制系統(tǒng)的性能指標 3第三節(jié) 系統(tǒng)概述 4第四節(jié) 設計基本要求 4第五節(jié) 系統(tǒng)基本指標 4第二章 系統(tǒng)建模 5第一節(jié) 各環(huán)節(jié)模型建立 5 5 比例環(huán)節(jié) 5 積分環(huán)節(jié) 6 6第二節(jié) 系統(tǒng)數學模型 7第三章 系統(tǒng)分析 8第一節(jié) 穩(wěn)定性分析 9 10 10第二節(jié) 穩(wěn)定（靜態(tài)）精度分析 12 12 誤差計算 13第三節(jié) 動態(tài)性能分析 14．1動態(tài)平穩(wěn)性分析 17 18 Bode圖映證 18 21 22第四章 系統(tǒng)綜合設計 23第一節(jié) 穩(wěn)態(tài)性能指標 23第三節(jié) 超前校正 24第五節(jié) 滯后超前校正 26第六節(jié) 校正方案的確定 26第七節(jié) 設計校正規(guī)律和校正裝置 27 計算所需的相位超前裕度 27 27 27 27 27 27 28 28 29第五章 系統(tǒng)物理模擬 30第一節(jié) 原系統(tǒng)物理仿真 30第二節(jié) MATLAB仿真 32 MATLAB 簡介 32 MATLAB /SIMULINK 33第六章 設計總結 38第一節(jié) 設計體會 38第二節(jié) 致謝 38參考文獻 39附錄 英文文獻 40一 英文原文 40二 英文翻譯 45VI前 言自動控制，就是在沒有人參與的情況下，通過控制器或者控制裝置來控制機器或者設備等物理裝置，使得機器設備的受控物理量按照希望的規(guī)律變化，達到控制的目的。否則系統(tǒng)無法正常工作，甚至可能導致設備毀壞，造成重大損失。系統(tǒng)的動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能都是由相應的性能指標來描述的，比如誤差，百分比超調，調節(jié)時間，穩(wěn)定裕度等等。在自動控制系統(tǒng)中，按階數分類，可以分為一階，二階，三階，四階，高階等。可以用二階線性常系數微分方程描述的系統(tǒng)稱為二階線性定常系統(tǒng)。即使是高階系統(tǒng)，在簡化系統(tǒng)分析的情況下有許多也可以近似成二階系統(tǒng)來進行分析?？刂葡到y(tǒng)的校正問題，是自動控制系統(tǒng)設計理論的重要分支，也是具有實用意義的一種改善系統(tǒng)性能的手段與方法。但是近代控制系統(tǒng)的設計問題已經突破了上述的傳統(tǒng)觀念，例如，近代的不穩(wěn)定飛行對象的設計，就是事先考慮了控制的作用，亦即控制對象不是不可改變的部分了，而是對象與控制器進行的一體化的設計。在設計手段上，除了必要的理論計算外，還需要配合一些局部和整體的模擬實驗仿真和數字仿真。系統(tǒng)的校正性問題，是一種原理性的局部設計。使系統(tǒng)的動態(tài)性能指標滿足一定的要求。由于校正方式加入系統(tǒng)的方式不同，所起的作用不同，名目眾多的校正設計問題或動態(tài)補償器設計問題，成了控制理論中一個極其活躍的領域，而且它是最有實際應用意義的內容之一。線性控制系統(tǒng)的特點是具有疊加性和均勻性（齊次性），及當系統(tǒng)存在幾個輸入時，系統(tǒng)的輸入分別作用于系統(tǒng)時系統(tǒng)輸出之和；當系統(tǒng)輸入增加或縮小時，系統(tǒng)的輸出也按同樣比例增大或縮小。這種系統(tǒng)的響應形狀只取決于輸入信號的形狀和系統(tǒng)的特性，與輸入信號施加的時刻無關。第2節(jié) 自動控制系統(tǒng)的性能指標一個自動控制系統(tǒng)要完成預定的控制任務，必須滿足一定的性能指標。雖然如此，仍可對各種控制系統(tǒng)的性能指標概括為3個方面，即穩(wěn)（定性），快（速性），準（確性）。在自動控制系統(tǒng)中，把被控量不隨時間變化的平衡狀態(tài)稱為“穩(wěn)態(tài)”，而被控量隨時間變化的不平衡狀態(tài)為“動態(tài)”。 在此次設計中，主要研究二階定常線性系統(tǒng)。靜態(tài)指標即是誤差系數，動態(tài)性能指標包括上升時間，調節(jié)時間，峰值時間，超調量，震蕩次數等。在控制系統(tǒng)中，引用積分環(huán)節(jié)可以消除被控量的偏差。第五個是反饋環(huán)節(jié)，根據輸入與輸出在廣義上是否相等來調節(jié)系統(tǒng)使之誤差減小。第五節(jié) 系統(tǒng)基本指標：在輸入為 r（t）＝ a＋ bt，（其中：a＝ 5 b＝ 1/ sec.）≤，要求動態(tài)期望指標： ； 第二章 系統(tǒng)建模第1節(jié) 各環(huán)節(jié)模型建立由于比較器產生偏差，從而構成控制，他可以構成一個環(huán)節(jié)或者起到連接作用。 圖 31 不同阻尼比二階系統(tǒng)的階躍響應 1，特征根為一對不相等的負實根，位于S平面的負實軸上，使得系統(tǒng)的響應表現為過阻尼的，過阻尼系統(tǒng)的階躍響應其調節(jié)時間最長，進入穩(wěn)態(tài)很慢；=1，特征根為一對相等的負實根，也是位于S平面的負實軸上，系統(tǒng)的響應表現為臨界阻尼的，臨界阻尼系統(tǒng)的階躍響應沒有超調量，且響應速度比過阻尼時要快；特征根為一對帶有負實部的共軛復數跟，位于S平面的左半平面上，使得系統(tǒng)的響應表現為欠阻尼的，欠阻尼系統(tǒng)上升時間比較快，調節(jié)時間也比較短，但是響應曲線有超調量=0時，特征根為一對純虛根，位于S平面的虛軸上，系統(tǒng)的響應表現為無阻尼的，無阻尼系統(tǒng)的階躍響應以最快的速度達到穩(wěn)態(tài)值，但是曲線是等幅震蕩的；0時，特征根位于S平面的右半平面上，系統(tǒng)的響應是發(fā)散的。第一節(jié) 穩(wěn)定性分析頻率穩(wěn)定性判據有代數穩(wěn)定性判據和Nyquist穩(wěn)定性判據。頻域文獻判據所依據的是控制系統(tǒng)的開環(huán)頻域特性，也就是僅僅利用系統(tǒng)的開環(huán)信息，不僅可以確定系統(tǒng)的絕對穩(wěn)定性，而且還可以提供相對穩(wěn)定性的信息。即：系統(tǒng)在右半s閉環(huán)極點個數 Z = P – R = 0由于G(s)H(s)曲線的對稱性，因此可以用系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性曲線G(jw)H(jw)對(1,j0)的包圍情況來判斷。計算勞斯表呈三角形，系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件為：勞斯表中，I ： 如果第一列中的數據全部大于零，系統(tǒng)就是穩(wěn)定的；否則系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。III：勞斯陣列的第一列系數出現了負數，則出現系統(tǒng)不穩(wěn)定，該系統(tǒng)存在右極點。III：勞斯陣列的第一列系數出現了負數，則出現系統(tǒng)不穩(wěn)定，該系統(tǒng)存在右極點。系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程為 作勞斯表： 根據勞斯判據系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求是第一列的數據全部大于零，所以K0.由系統(tǒng)參數得知， 由于 （）；且所以，K第2節(jié) 穩(wěn)定（靜態(tài)）精度分析 單位階躍信號輸入時，由于0型系統(tǒng)的靜態(tài)位置誤差系數等于開環(huán)增益的大小，所以0型系統(tǒng)在階躍信號輸入作用時的穩(wěn)態(tài)誤差也為常數。也就說，0型系統(tǒng)不能跟隨等速率信號。也就說，1型系統(tǒng)有跟蹤速率信號的能力，但是在跟隨過程中，只能實現有差跟蹤。 經分析， 系統(tǒng)為Ⅰ型Ⅱ階系統(tǒng)，對于Ⅰ系統(tǒng)而言，它可以完全跟隨位置（階躍）信號，此時誤差為0；也可以跟隨速度（斜坡）信號，但存在一個恒定的誤差。den=[