自控课程设计任务书+14电气

机 电 系2016－2017第1学期

《自动控制原理》课程设计任务书

课 程： 自动控制原理 专 业： 电气 班 级： 14电气 指导教师： 王敏

一、自动控制原理课程设计的目的与任务

自动控制原理课程设计是综合性与实践性较强的教学环节。本课程设计的任务是使学生初步掌握控制系统数字仿真的基本方法，同时学会利用MATLAB语言进行控制系统仿真和辅助设计的基本技能，为今后从事控制系统研究工作打下较好的基础。

二、设计课题

1.模拟随动控制系统的串联校正设计。已知某随动系统固有特性开环传递函数为:

G(s)Ks(T1s1)(T2s1)

其中：T 1=0.1s，T2=0.025s。试设计一校正装置。使校正后的系统具有如下性能指标：

1) 开环增益K≥100 2) 超调量σp≤30% 3) 调整时间ts≤0.5秒

要求：①仿真校正前系统的开环对数频率特性图以及系统的根轨迹图。

②将校正前性能指标与期望指标进行比较，确定串联校正网络Gc(s)的传递函数，仿真出校正网络的开环频率特性曲线图。仿真校正后整个系统的开环对数频率特性图以及系统的根轨迹图。

③写清楚计算分析的过程，列出MATLAB程序及运行结果（包括图形、运算结果）。 ④当输入r(t)＝1(t) 时，仿真出校正前、后系统的单位阶跃响应曲线h(t)。分析校

正前后的单位阶跃响应曲线，得出结果分析结论。 2. 已知某系统的开环传递函数为：G0(s)k，试设计串联校正网络Gc(s)s(s1)(0.5s1)要求校正后，系统稳态速度误差系数Kv=5秒-1，400。

要求：①确定采用何种校正装置。仿真校正前系统的开环对数频率特性图以及系统的根轨迹图。

②将校正前性能指标与期望指标进行比较，确定串联校正网络Gc(s)的传递函数，仿真出校正网络的开环频率特性曲线图。仿真校正后整个系统的开环对数频率特性图以及系统的根轨迹图。

③写清楚计算分析的过程，列出MATLAB程序及运行结果（包括图形、运算结果）。 ④当输入r(t)＝1(t) 时，仿真出校正前、后系统的单位阶跃响应曲线h(t)。分析校

正前后的单位阶跃响应曲线，得出分析结论。

3. 设单位反馈系统的开环传递函数为：

G0(s)K

s(0.1s1)(0.01s1)试设计一校正装置，使系统期望特性满足如下指标： （1）静态速度误差系数Kv≥250/s； （2）截止频率c≥30rad/s； （3）相角裕度≥45。

要求：①确定采用何种校正装置。仿真校正前系统的开环对数频率特性图以及系统的根轨迹图。

②将校正前性能指标与期望指标进行比较，确定串联校正网络Gc(s)的传递函数，仿真出校正网络的开环频率特性曲线图。仿真校正后整个系统的开环对数频率特性图以及系统的根轨迹图。

③写清楚计算分析的过程，列出MATLAB程序及运行结果（包括图形、运算结果）。 ④当输入r(t)＝1(t) 时，仿真出校正前、后系统的单位阶跃响应曲线h(t)。分析校

正前后的单位阶跃响应曲线，得出结果分析结论。

4．已知一单位反馈系统的开环传递函数是

G(s)Ks(10.1s)(10.2s)

设计一校正装置，使系统期望特性满足如下指标：

1K100S40v系统的静态速度误差系数，。

要求：

①用MATLAB作出满足初始条件的K值的系统伯德图，计算系统的幅值裕量和相位裕量。

②系统前向通路中插入一相位滞后校正，确定校正网络的传递函数。 ③用MATLAB画出未校正和已校正系统的根轨迹。

④写清楚计算分析的过程，列出MATLAB程序及运行结果（包括图形、运算结果）。

5. 设单位负反馈系统的开环传递函数为

G(s)=Ks(s+1)

用相应的频率域校正方法对系统进行校正设计，使系统满足如下动态和静态性能： (1) 相角裕度45；

(2) 在单位斜坡输入下的稳态误差为 (3)系统的截止频率小于7.5rad/s。 要求：

①分析设计要求，说明校正的设计思路（超前校正，滞后校正或滞后－超前校正）； ②详细设计（包括的图形有：校正结构图，校正前系统的Bode图，校正装置的Bode图，校正后系统的Bode图）；

③用MATLAB编程代码及运行结果（包括图形、运算结果）； ④校正前后系统的单位阶跃响应图。

0ess=0.1；

三、课程设计的基本要求

1、 学习掌握MATLAB语言的基本命令、基本操作和程序设计；掌握MATLAB语言在

自动控制原理中的应用；掌握SIMULINK的基本操作，使用SIMULINK工具建立系统模型进行仿真。

2、 应用MATLAB/Simulink进行控制系统分析、设计。通过建立数学模型，在MATLAB

环境下对模型进行仿真，使理论与实际得到最优结合。 3、 撰写自动控制原理课程设计报告。

按内容完成设计任务。认真上机，熟练掌握MATLAB仿真软件，并调试通过，上机结束提交仿真图、运行结果及结果分析。

四、自动控制原理课程设计时间(两周)

1．查阅参考书籍和手册及资料文献（2天）。

2．MATLAB语言在自动控制原理中的应用，Simulink建模方法（3天）。 3．应用Simulink建立模型并仿真（3天）。 4．撰写报告（1.5天） 5．验收及校验（0.5天）

五、自动控制原理课程设计地点

机电系机房

六、自动控制原理课程设计报告要求

自动控制原理课程设计报告要求字迹工整、文字通顺；其撰写内容包括： 1、课程设计理论部分： 1） 串联超前校正 2） 串联滞后校正。 3） 串联滞后－超前校正。 2、课程设计上机部分：

1） MATLAB语言在自动控制原理中的应用。 2） Simulink建模方法。

3） 应用Simulink 对系统进行仿真。 4） 提交仿真运行结果及结果分析。

注：每班分成五组。按学号后两位除以五，余数为0的做第一题，余数为1的做第二题…余数为4的做第五题。