华电自动控制原理课程设计Word格式文档下载.docx
- 文档编号:8162620
- 上传时间:2023-05-10
- 格式:DOCX
- 页数:17
- 大小:366.33KB
华电自动控制原理课程设计Word格式文档下载.docx
《华电自动控制原理课程设计Word格式文档下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《华电自动控制原理课程设计Word格式文档下载.docx(17页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
作为自动化专业的学生很有必要学会应用这一强大的工具,并掌握利用MATLAB对控制理论内容进行分析和研究的技能,以达到加深对课堂上所讲内容理解的目的。
通过使用这一软件工具把学生从繁琐枯燥的计算负担中解脱出来,而把更多的精力用到思考本质问题和研究解决实际生产问题上去。
通过此次计算机辅助设计,学生应达到以下的基本要求:
1.能用MATLAB软件分析复杂和实际的控制系统。
2.能用MATLAB软件设计控制系统以满足具体的性能指标要求。
3.能灵活应用MATLAB的CONTROLSYSTEM工具箱和SIMULINK仿真软件,分析系统的性能。
2、主要内容
1.前期基础知识,主要包括MATLAB系统要素,MATLAB语言的变量与语句,MATLAB的矩阵和矩阵元素,数值输入与输出格式,MATLAB系统工作空间信息,以及MATLAB的在线帮助功能等。
2.控制系统模型,主要包括模型建立、模型变换、模型简化,Laplace变换等等。
3.控制系统的时域分析,主要包括系统的各种响应、性能指标的获取、零极点对系统性能的影响、高阶系统的近似研究,控制系统的稳定性分析,控制系统的稳态误差的求取。
4.控制系统的根轨迹分析,主要包括多回路系统的根轨迹、零度根轨迹、纯迟延系统根轨迹和控制系统的根轨迹分析。
5.控制系统的频域分析,主要包括系统Bode图、Nyquist图、稳定性判据和系统的频域响应。
6.控制系统的校正,主要包括根轨迹法超前校正、频域法超前校正、频域法滞后校正以及校正前后的性能分析。
3、进度计划
序号
设计内容
完成时间
备注
1
基础知识、数学模型
2016年1月11日
2
时域分析法、频域分析
2016年1月12日
3
根轨迹分析、系统校正
2016年1月13日
4
整理打印课程设计报告
2016年1月14日
5
答辩
2016年1月15日
4、设计成果要求
上机用MATLAB编程解题,从教材或参考书中选题,控制系统模型、控制系统的时域分析法、控制系统的根轨迹分析法、控制系统的频域分析法每章选择两道题。
第六章校正选四道,其中根轨迹超前校正一道、根轨迹滞后校正一道、频域法超前校正一道、频域法滞后校正一道。
并针对上机情况打印课程设计报告。
课程设计报告包括题目、解题过程及程序清单和最后的运行结果(曲线),课程设计总结或结论以及参考文献。
5、考核方式
《自动控制理论课程设计》的成绩评定方法如下:
根据
1.打印的课程设计报告。
2.独立工作能力及设计过程的表现。
3.答辩时回答问题的情况。
成绩评分为优、良、中、及格以及不及格5等。
学生姓名:
指导教师:
2016年1月15日
二、设计正文
2-1.已知系统的传递函数为
,在MATLAB环境下获得其连续传递函数形式模型。
已知系统的脉冲传递函数为
,在MATLAB环境下获得其采样时间为4s的传递函数形势模型。
解:
num=[102];
den=[10.1];
G1=tf(num,den);
Ts=4;
G2=tf(num,den,Ts)
G2=
10z+2
--------
z+0.1
2-2.求解微分方程组
,
[x,y]=dsolve(‘3*Dx+y=9,-1*x+4*Dy+2*y=0’,’x(0)=0,y(0)=5’)
x=
18-(38*3^(1/2)*sin((3^(1/2)*t)/12))/(3*exp(t)^(1/4))-(18*cos((3^(1/2)*t)/12))/exp(t)^(1/4)
y=
9-(14*3^(1/2)*sin((3^(1/2)*t)/12))/exp(t)^(1/4)-(4*cos((3^(1/2)*t)/12))/exp(t)^(1/4)
3-1.单位负反馈系统的开环传递函数
,试求:
系统的单位阶跃响应;
num=[4];
den=conv([10],[12]);
G1=tf(num,den);
G11=feedback(G1,1);
t=0:
0.1:
20;
y=step(G11,t);
plot(t,y,'
k'
);
title('
steptespondcurve'
text(20.5,0,'
s'
gridon;
l=length(y);
3-2.已知闭环系统特征方程如下,判定系统稳定性及根的分布情况。
(1)s3+20s2+9s+100=0
(2)s3+20s2+9s+200=0
(3)s4+2s3+8s2+4s+3=0(4)s5+12s4+44s3+48s2+5s+1=0
(1)d=[1209100];
r=roots(d)
r=-19.8005+0.0000i
-0.0997+2.2451i
-0.0997-2.2451i
三个根都分布在左半平面,系统稳定
(2)d=[1209200];
r=-20.0487+0.0000i
0.0243+3.1583i
0.0243-3.1583i
三个根分布在右半平面,系统不稳定
(3)d=[12843];
r=-0.7555+2.5001i
-0.7555-2.5001i
-0.2445+0.6165i
-0.2445-0.6165i
四个根分布在左半平面,系统稳定
(4)d=[212444851];
r=-2.2201+3.1603i
-2.2201-3.1603i
-1.4680+0.0000i
-0.0459+0.1440i
-0.0459-0.1440i
五个根分布在左半平面,系统稳定
4-1.已知单位负反馈系统的开环传递函数为
试绘制K由0→+∞变化的闭环根轨迹。
num=conv([15],[28]);
den1=conv([21],[21]);
den2=conv([10],[10]);
den=conv(den1,den2);
rlocus(num,den)
4-2.已知单位负反馈系统的开环传递函数为
绘制K由0→+∞变化的根轨迹。
num=[26];
den1=[43];
den2=[10];
5-1.已知系统的传递函数为
绘制系统的伯德图,并求相位裕量。
den=[0.243];
[Gm,Pm,Wcg,Wcp]=margin(4,den);
bode(4,den);
s=num2str(4);
gtext(s);
pause;
holdon
5-2.已知系统的传递函数为
,试绘制系统的开环幅相频率特性曲线。
解:
num=[100200];
den=conv([10],conv([11],[120]));
nyquist(num,den)
6-1.根轨迹超前
已知系统和传递函数为
,比例参数的取值范围是0到∞,要求系统的动态性能指标为σ%≤20%,ts≤10s,设计一个串联校正装置
den1=conv([10],[11]);
den=conv(den1,[0.81]);
num=1;
G=tf(num,den);
rltool(G);
校正前阶跃响应曲线
den=conv([110],[0.81]);
G1=feedback(G,1);
step(G1)
校正后根轨迹
校正后阶跃响应曲线
6-2.根轨迹滞后
已知系统传递函数
,采用单位负反馈,系统的动态性能已经满足要求,现在求系统的速度误差系数不小于9。
校正前根轨迹
den1=conv([110],[13]);
num=3;
校正前阶跃响应
den=conv([110],[13]);
6-3.频率超前
已知单位负反馈系统的开环传递函数为
设计串联超前校正装置,使系统指标满足单位斜坡输入信号时稳态误差ess≤0.1%,相位裕度γ≧45°
,穿越频率ωc≧150rad/s
绘制校正前Bode图
num=1000;
den=conv([0.110],[0.0011]);
margin(num,den)
校正前补偿角
∠Ф=45°
-0°
+7°
=52°
;
校正参数a
a=(1+sin(Ф*pi/180))/(1-sin(Ф*pi/180))=8.43;
令ωm=160;
T=1/(sqrt(a)*ωm)
T=0.0022
nc=[8.43*T1];
dc=[T1];
n=conv(num,nc);
d=conv(den,dc);
margin(n,d)
校正前后的阶跃响应曲线
[n1,d1]=feedback(num,den,1,1);
[n2,d2]=feedback(n,d,1,1);
G1=tf(n1,d1);
G2=tf(n2,d2);
figure
(1)
step(G1,'
)
figure
(2)
step(G2,'
r'
6-4.频率滞后
,设计校正装置使校正后的系统相位裕量γ≧40°
,在r(t)=t时,ess≦
num=30;
den=conv([10],conv([0.11],[0.21]));
gridon
a=11.1
T=3.7;
nc=[T1];
dc=[a*T1];
校正前后阶跃曲线如下
t1=0:
5;
step(G11,t1);
G2=tf(n,d);
G22=feedback(G2,1)
figure
(2);
holdon;
t2=0:
1.1:
step(G22,t2)
3、课程设计总结
通过一周的课程设计,不仅学习到了控制系统的另一种解法,也对MATLAB有了一定的了解和使用。
对自动控制理论有了更加深刻的理解。
四、参考文献
自动控制理论孙建平、于希宁中国电力出版社2008版
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 自动控制 原理 课程设计