自動(dòng)控制原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告---控制系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)

1、<p>　　自動(dòng)控制原理課程設(shè)計(jì)</p><p>　　專 業(yè)： 自動(dòng)化 </p><p>　　設(shè)計(jì)題目： 控制系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì) </p><p>　　班級(jí)：自動(dòng)化0943</p><p><b>　　學(xué)生姓名：XXX</b></p><p>

2、;<b>　　學(xué)號(hào)：XX</b></p><p>　　指導(dǎo)教師： XX </p><p>　　分院院長(zhǎng)： XXX </p><p>　　教研室主任： XX </p><p><b>　　電氣工程學(xué)院</b></p><p><b>　　目錄<

3、/b></p><p>　　第一章 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求分析1</p><p><b>　　1.1設(shè)計(jì)內(nèi)容1</b></p><p>　　1.2 設(shè)計(jì)要求1</p><p>　　1.3 Matlab軟件2</p><p>　　1.3.1基本功能2</p><p&g

4、t;<b>　　1.3.2應(yīng)用3</b></p><p>　　第二章 控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.1 校正裝置計(jì)算方法4</p><p>　　2.2 課程設(shè)計(jì)要求計(jì)算4</p><p>　　第三章 利用Matlab仿真軟件進(jìn)行輔助分析6</p><p>　　3.1校正系

5、統(tǒng)的傳遞函數(shù)6</p><p>　　3.2用Matlab仿真6</p><p>　　3.3利用Matlab/Simulink求系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)10</p><p>　　3.2.1原系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)10</p><p>　　3.2.2校正后系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)11</p><p>　　3.2.3校正前、后系統(tǒng)單位階

6、躍響應(yīng)比較12</p><p>　　3.4硬件設(shè)計(jì)13</p><p>　　3.4.1在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行出硬件仿真波形圖14</p><p>　　課程設(shè)計(jì)心得體會(huì)16</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)18</b></p><p>　　第一章 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求分析</p>

7、<p><b>　　1.1設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p><b>　　針對(duì)二階系統(tǒng)</b></p><p><b>　　，</b></p><p>　　利用有源串聯(lián)超前校正網(wǎng)絡(luò)（如圖所示）進(jìn)行系統(tǒng)校正。當(dāng)開關(guān)S接通時(shí)為超前校正裝置，其傳遞函數(shù)</p><p><

8、;b>　　，</b></p><p><b>　　其中</b></p><p><b>　　，，，</b></p><p>　　“-”號(hào)表示反向輸入端。若Kc=1，且開關(guān)S斷開，該裝置相當(dāng)于一個(gè)放大系數(shù)為1的放大器（對(duì)原系統(tǒng)沒有校正作用）。</p><p><b>　　1

9、.2 設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　1）引入該校正裝置后，單位斜坡輸入信號(hào)作用時(shí)穩(wěn)態(tài)誤差，開環(huán)截止頻率c’≥4.4弧度/秒，相位裕量γ’≥45°；</p><p>　　2）根據(jù)性能指標(biāo)要求，確定串聯(lián)超前校正裝置傳遞函數(shù)；</p><p>　　3）利用對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙手工繪制校正前、后及校正裝置對(duì)數(shù)頻率特性曲線；</p><

10、p>　　4）設(shè)校正裝置R1=100K，R2=R3=50K，根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定有源超前校正網(wǎng)絡(luò)元件參數(shù)R4、C值；</p><p>　　5）繪制引入校正裝置后系統(tǒng)電路圖（設(shè)給定的電阻和電容：R=100K，C=1F、10F若干個(gè)）；</p><p>　　6）利用Matlab仿真軟件輔助分析，繪制校正前、后及校正裝置對(duì)數(shù)頻率特性曲線,并驗(yàn)算設(shè)計(jì)結(jié)果；</p><p>

11、　　7）在Matlab-Simulink下建立系統(tǒng)仿真模型，求校正前、后系</p><p>　　統(tǒng)單位階躍響應(yīng)特性，并進(jìn)行系統(tǒng)性能比較；</p><p>　　8）利用自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)箱完成硬件設(shè)計(jì)過(guò)程，包括：搭建校正前后系統(tǒng)電路、輸入階躍信號(hào)并通過(guò)示波器觀察校正前后系統(tǒng)輸出響應(yīng)曲線。</p><p>　　1.3 Matlab軟件</p><p&g

12、t;<b>　　1.3.1基本功能</b></p><p>　　MATLAB是由美國(guó)mathworks公司發(fā)布的主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)

13、非交互式程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國(guó)際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平?！?　　</p><p>　　MATLAB和Mathematica、Maple并稱為三大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計(jì)算方面首屈一指。MATLAB可以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連 matlab開發(fā)工作界面接其他編程語(yǔ)言的程序等，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通訊、圖像處

14、理、信號(hào)檢測(cè)、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。 　　</p><p>　　MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來(lái)解算問(wèn)題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語(yǔ)言完成相同的事情簡(jiǎn)捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點(diǎn)，使MATLAB成為一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件。在新的版本中也加入了對(duì)C，F(xiàn)ORTRAN，C++，JAVA的支持?？梢灾苯诱{(diào)用,用戶也可以將自己編

15、寫的實(shí)用程序?qū)氲組ATLAB函數(shù)庫(kù)中方便自己以后調(diào)用，此外許多的MATLAB愛好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進(jìn)行下載就可以用。</p><p><b>　　1.3.2應(yīng)用</b></p><p>　　1、MATLAB 產(chǎn)品族可以用來(lái)進(jìn)行以下各種工作： 　　</p><p><b>　　●數(shù)值分析 　</b>&l

16、t;/p><p>　　●數(shù)值和符號(hào)計(jì)算 　　</p><p>　　●工程與科學(xué)繪圖 　　</p><p>　　●控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 　　</p><p>　　●數(shù)字圖像處理技術(shù) 　　</p><p>　　●數(shù)字信號(hào)處理技術(shù) 　　</p><p>　　●通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真</p>&l

17、t;p>　　●財(cái)務(wù)與金融工程　 </p><p>　　2、MATLAB在通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真的應(yīng)用</p><p>　　MATLAB 的應(yīng)用范圍非常廣，包括信號(hào)和圖像處理、通訊、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、測(cè)試和測(cè)量、財(cái)務(wù)建模和分析以及計(jì)算生物學(xué)等眾多應(yīng)用領(lǐng)域。附加的工具箱（單獨(dú)提供的專用MATLAB 函數(shù)集）擴(kuò)展了MATLAB 環(huán)境，以解決這些應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)特定類型的問(wèn)題。</p>&

18、lt;p>　　第二章 控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 校正裝置計(jì)算方法</p><p>　　設(shè)超前校正裝置傳遞函數(shù)為：</p><p><b>　　，rd>1</b></p><p>　　若校正后系統(tǒng)的截止頻率c=m，原系統(tǒng)在c處的對(duì)數(shù)幅值為L(zhǎng)(c)，則：</p><p>

19、;<b>　　由此得：</b></p><p>　　由，得時(shí)間常數(shù)T為： </p><p>　　2.2 課程設(shè)計(jì)要求計(jì)算</p><p>　　解答過(guò)程：對(duì)于Ⅰ型系統(tǒng)，</p><p><b>　　，</b></p><p>　　得 故取 K=10。</p>

20、;<p><b>　　因此</b></p><p><b>　　要求?。?lt;/b></p><p>　　則有L)+10lg rd=0。</p><p>　　即 20lg10-20lg-20lg+10lg rd=0 </p><p><b>　　其相位欲度：</b>

21、</p><p><b>　　。</b></p><p><b>　　校正后傳遞函數(shù)：</b></p><p><b>　　D=</b></p><p><b>　　因此 </b></p><p><b>　　C=<

22、/b></p><p>　　第三章 利用Matlab仿真軟件進(jìn)行輔助分析</p><p>　　3.1校正系統(tǒng)的傳遞函數(shù)</p><p>　　設(shè)：原系統(tǒng)傳遞函數(shù)為</p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　校正裝置傳遞函數(shù)為</b></p

23、><p><b>　　，</b></p><p><b>　　則校正后傳遞函數(shù)為</b></p><p>　　3.2用Matlab仿真</p><p><b>　　num=[10];</b></p><p>　　den=[1,1,0];</p>

24、<p>　　W=tf(num,den); %求原系統(tǒng)傳遞函數(shù)W(s)</p><p>　　bode(W); %繪制原系統(tǒng)對(duì)數(shù)頻率特性</p><p>　　margin(W); %求原系統(tǒng)幅值裕度、相位裕度、相位穿越頻率和幅值穿越頻率</p>

25、<p>　　[Gm,Pm,wj,wc]=margin(W);</p><p>　　grid; %繪制網(wǎng)格線</p><p>　　令a=1:進(jìn)行仿真，得到下圖：校正前系統(tǒng)伯德圖</p><p>　　圖3-1 校正前系統(tǒng)伯德圖</p><p>　　numc=[b,1];</p&g

26、t;<p>　　denc=[c,1];</p><p>　　Wc=tf(numc,denc); %求校正裝置傳遞函數(shù)Wc(s)</p><p>　　bode(Wc); %繪制校正裝置對(duì)數(shù)頻率特性</p><p>　　grid;

27、 %繪制網(wǎng)格線（該條指令可有可無(wú)）</p><p>　　已知求得：b=1/2.412（0.46）,c=1/7.236。進(jìn)行仿真得下圖：系統(tǒng)校正裝置伯德圖。</p><p>　　圖3-2 系統(tǒng)校正裝置伯德圖</p><p>　　numh=conv(num,numc); </p><p>　　denh=conv(d

28、en,denc);</p><p>　　Wh=tf(numh,denh); %求校正后系統(tǒng)傳遞函數(shù)W(s)</p><p>　　bode(Wh); %繪制校正后系統(tǒng)對(duì)數(shù)頻率特性</p><p>　　margin(Wh); %求校正后系統(tǒng)幅值裕度、

29、相位裕度、相位穿越頻率和幅值穿越頻率</p><p>　　[Gm,Pm,wj,wc]=margin(Wh);</p><p>　　grid; %繪制網(wǎng)格線（該條指令可有可無(wú)</p><p>　　圖3-3 校正后系統(tǒng)伯德圖</p><p>　　bode(W,':');

30、 %繪制原系統(tǒng)對(duì)數(shù)頻率特性</p><p>　　hold on; %保留曲線，以便在同一坐標(biāo)系內(nèi)繪制其他特性</p><p>　　bode(Wc,'-.'); %繪制校正裝置對(duì)數(shù)頻率特性</p><p>　　hold on;

31、 %保留曲線，以便在同一坐標(biāo)系內(nèi)繪制其他特性</p><p>　　bode(Wh); %繪制校正后系統(tǒng)對(duì)數(shù)頻率特性</p><p>　　grid; %繪制網(wǎng)格線（該條指令可有可無(wú)）</p><p>　　圖3-4 校正前、后校正裝置伯德圖</p><p>

32、;　　3.3利用Matlab/Simulink求系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)</p><p>　　3.2.1原系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)</p><p>　　原系統(tǒng)仿真模型如圖3-5所示。</p><p>　　圖3-5 校正前系統(tǒng)圖</p><p>　　系統(tǒng)運(yùn)行后，其輸出階躍響應(yīng)如圖3-6所示：</p><p>　　圖3-6 校正前輸出階躍

33、響應(yīng)曲線</p><p>　　3.2.2校正后系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)</p><p>　　校正后系統(tǒng)仿真模型如圖3-7所示：</p><p>　　圖3-7 矯正后系統(tǒng)圖</p><p>　　系統(tǒng)運(yùn)行后，其輸出階躍響應(yīng)如圖3-8所示：</p><p>　　圖3-8 校正后系統(tǒng)階躍響應(yīng)波形圖</p><p&g

34、t;　　3.2.3校正前、后系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)比較</p><p>　　仿真模型如圖3-9所示：</p><p>　　圖3-9 校正前、后系統(tǒng)仿真模型</p><p>　　系統(tǒng)運(yùn)行后，其輸出階躍響應(yīng)如圖3-10所示：</p><p>　　圖3-10 校正前、后系統(tǒng)輸出階躍響應(yīng)波形圖</p><p><b>　　

35、3.4硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　繪制硬件校正裝置原理圖：</p><p>　　圖3-11 硬件校正裝置原理圖</p><p>　　3.4.1在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行出硬件仿真波形圖</p><p>　　未校正系統(tǒng)硬件波形：</p><p>　　圖3-12 未校正系統(tǒng)硬件仿真波形圖</p>&

36、lt;p>　　校正后系統(tǒng)硬件波形：</p><p>　　圖3-13 校正后系統(tǒng)硬件波形圖</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)心得體會(huì)</b></p><p>　　通過(guò)自動(dòng)控制原理課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我們動(dòng)手、思考和解決問(wèn)題的能力。這個(gè)方案使用了Matlab軟件，使我們有掌握了一個(gè)軟件的應(yīng)用。</p><p>　　我覺

37、得做課程設(shè)計(jì)同時(shí)也是對(duì)課本知識(shí)的鞏固和加強(qiáng)，由于課本上的知識(shí)太多，平時(shí)課間的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運(yùn)用各個(gè)原理的功能，而且考試內(nèi)容有限，所以在這次課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們了解了很多原理的功能。平時(shí)看課本時(shí)，有時(shí)問(wèn)題老是弄不懂，做完課程設(shè)計(jì)，那些問(wèn)題就迎刃而解了。而且還可以記住很多東西。認(rèn)識(shí)來(lái)源于實(shí)踐，實(shí)踐是認(rèn)識(shí)的動(dòng)力和最終目的，實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。所以這個(gè)期末的課程設(shè)計(jì)對(duì)我們的作用是非常大的。</p><p>

38、　　我想說(shuō)，設(shè)計(jì)確實(shí)有些困難，但苦中也有樂，在如今單一的理論學(xué)習(xí)中，很少有機(jī)會(huì)能有實(shí)踐的機(jī)會(huì)。也許有人不喜歡這類的工作，也許有人認(rèn)為設(shè)計(jì)的工作有些枯燥，但我認(rèn)為無(wú)論干什么，只要認(rèn)真去做，一定會(huì)有好結(jié)果的。對(duì)我們而言，知識(shí)上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜。挫折是一份財(cái)富，經(jīng)歷是一份擁有。</p><p>　　雖然不是第一次做課程設(shè)計(jì)了，但是設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到問(wèn)題，可以說(shuō)得是困難重重，難免會(huì)遇到過(guò)各種各樣的問(wèn)題，同時(shí)

39、在設(shè)計(jì)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。這次課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多專業(yè)知識(shí)問(wèn)題，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。</p><p>　　同時(shí)，在老師的身上我們學(xué)也到很多實(shí)用的知識(shí)，在次

40、我們表示感謝！同時(shí)，對(duì)給過(guò)我?guī)椭乃型瑢W(xué)和各位指導(dǎo)老師再次表示忠心的感謝！</p><p>　　此次課程設(shè)計(jì)，學(xué)到了很多課內(nèi)學(xué)不到的東西，比如獨(dú)立思考解決問(wèn)題，出現(xiàn)差錯(cuò)的隨機(jī)應(yīng)變。</p><p>　　在此，感謝于老師的細(xì)心指導(dǎo)，也同樣謝謝其他各組同學(xué)的無(wú)私幫助！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p

41、>　　[1] 史國(guó)生主編. 電氣控制與可編程控制器技術(shù).北京:化學(xué)工業(yè)出版社.2004</p><p>　　[2] 王永華.現(xiàn)代電氣及可編程控制技術(shù). 北京:北京航空航天大學(xué)出版社.2002</p><p>　　[3] 鄧則名.電器與可編程控制器應(yīng)用技術(shù).北京:機(jī)械工業(yè)出版社.1997</p><p>　　[4] 徐世許.可編程序控制器原理應(yīng)用網(wǎng)絡(luò).合肥:中國(guó)