1、揚州大學水利與能源動力工程學院課程名 稱：課程名 稱：題目名 稱：年級專業及班級：姓名：學號：指導教 師：評定成 績：教師評 語：課程實習報告自動控制原理及專業軟件課程實習三階系統分析與校正建電 1402王杰141504230許慧指導老師簽名：2016年 12 月 27 日2016揚州大學能源與動力工程學院實習報告揚州大學能源與動力工程學院實習報告 一、課程實習的目的（ 1 ）培養理論聯系實際的設計思想，訓練綜合運用經典控制理論和相關課程知識的能力；（ 2）掌握自動控制原理的時域分析法、根軌跡法、頻域分析法，以及各種校正裝置的作用及用法，能夠利用不同的分析法對給定系統進行性能分析，能根據不同的

2、系統性能指標要求進行合理的系統設計，并調試滿足系統的指標；（ 3）學會使用MATLAB語言及Simulink 動態仿真工具進行系統仿真與調試；（ 4）學會使用硬件搭建控制系統；（ 5）鍛煉獨立思考和動手解決控制系統實際問題的能力，為今后從事控制相關工作打下較好的基礎。二、課程實習任務某系統開環傳遞函數G（s）=K/s（0.1s+1） （ 0.2s+1 ）分析系統是否滿足性能指標：（ 1） 系統響應斜坡信號r（t）=t, 穩態誤差小于等于0.01 ；（ 2）相角裕度y=40度；如不滿足，試為其設計一個pid 校正裝置。三、 課程實習內容（ 1）未校正系統的分析：1）利用MATLAB繪畫未校正系統

3、的開環和閉環零極點圖2）繪畫根軌跡，分析未校正系統隨著根軌跡增益變化的性能（穩定性、快速性）。3）作出單位階躍輸入下的系統響應，分析系統單位階躍響應的性能指標。4）繪出系統開環傳函的bode 圖，利用頻域分析方法分析系統的頻域性能指標（相角裕度和幅值裕度，開環振幅）。（ 2）利用頻域分析方法，根據題目要求選擇校正方案，要求有理論分析和計算。并與Matlab 計算值比較。（ 3）選定合適的校正方案（串聯滯后/串聯超前 /串聯滯后 -超前） ，理論分析并計算校正環節的參數，并確定何種裝置實現。（ 4）繪畫已校正系統的bode 圖，與未校正系統的bode 圖比較，判斷校正裝置是否符合性能指標要求，分

4、析出現大誤差的原因。（ 5）求此系統的階躍響應曲線。分析采用的校正裝置的效果。（ 6）繪畫模擬電路，提出校正的實現方式及其參數。（ 7）總結（包括課程設計過程中的學習體會與收獲、對本次課程實習的認識等內容）自動控制原理及專業軟件課程實習目錄摘 要 第一章 利用MATLAB繪畫未校正系統的開環和閉環零極點圖第二章 繪畫根軌跡第三章 作出單位階躍輸入下的系統響應第四章 繪出系統開環傳函的bode 圖 第五章 求此系統的階躍響應曲線第六章 繪畫模擬電路致謝 參考文獻第一章 利用MATLAB繪畫未校正系統的開環和閉環零極點圖( 1)由穩態誤差小于等于0.01 即 1/k=100 所以選擇k=101未校

5、正系統開環和閉環零極點圖(K=110) ：clear clc num=101; den=conv(1 0,conv(0.1 1,0.2 1); G=tf(num,den); Gf=feedback(G,1,-1); figure(1) pzmap(G); title( 未校正系統開環零極點圖) TOC o 1-5 h z xlabel( 實軸x)ylabel( 虛軸j)figure(2) pzmap(Gf); title( 未校正系統閉環零極點圖)xlabel ( 實軸x)ylabel ( 虛軸 j)第二章 繪畫根軌跡（ 2）繪畫根軌跡，根據根軌跡分析未校正系統穩定性和快速性系統穩定性分析0.

6、02s3+0.3s2+s+k分析：閉環傳遞函數的特征方程：D（ s） =0.02s3+0.3s2+s+k列出勞斯表：S30.021S20.3kS10.3-0.02k)/1.2Sk由勞斯穩定判據有：k0 且 0.3-0.02k0 ，即 0k30，所以系統不穩定系統快速性分析系統的快速性要好，則閉環極點均應遠離虛軸y，以便使階躍響應中的每個分量都衰減得更快。由圖1 可知，當系統根軌跡在s 左半平面時，閉環極點距s 平面上虛軸越近，阻尼角增加， 變小，振蕩程度加劇，超調量變大，若特征根進一步靠近虛軸，衰減振蕩過程變得很緩慢，系統的快速性減小 。第三章 作出單位階躍輸入下的系統響應未校正系統階躍響應圖

7、clearclcnum=101;den=conv(1 0,conv(0.1 1,0.2 1);G=tf(num,den);Gf=feedback(G,1,-1);sys=feedback(Gf,1);t=0:0.01:5;step(sys,t);xlabel(t)ylabel(Gf )title( 未校正系統階躍響應圖 )圖 1 未校正系統的階躍響應由圖 1 可知，系統在單位階躍輸入下，振蕩程度加劇，超調量變大，系統的動態性能不佳，不穩定。第五章 求此系統的階躍響應曲線已校正系統階躍響應圖clearclcnum=101;den=conv(1 0,conv(0.1 1,0.2 1);Gs=tf(

8、num,den);num1=3.7 1;den1=115.74 1;Gs1=tf(num1,den1);Gs2=series(Gs,Gs1);sys=feedback(Gs2,1);t=0:0.01:5;step(sys,t);xlabel( t)ylabel( Gf )title( 已校正系統階躍響應圖 )分析 系統階躍響應的性能指標：Tp=1s ；Ts=2.8s超調量 =36.5%且采用校正裝置后系統穩定，系統的阻尼程度適中。第四章 繪出系統開環傳函的bode 圖（ 4）繪出系統開環傳函的bode 圖clearclcnum=101;den=conv(1 0,conv(0.1 1,0.2 1

9、);Gs=tf(num,den);bode(Gs);margin(Gs);title( 系統開環傳函的bode 圖 )由圖可得:校正后Gm=17.3dB;Pm=-41.9度；由此可知Pm=-41.9度 40度 ，符合要求。第五章 求此系統的階躍響應曲線3. 已校正系統階躍響應圖clearclcnum=101;den=conv(1 0,conv(0.1 1,0.2 1);Gs=tf(num,den);num1=3.7 1;den1=115.74 1;Gs1=tf(num1,den1);Gs2=series(Gs,Gs1);sys=feedback(Gs2,1);t=0:0.01:5;step(s

10、ys,t);xlabel( t)ylabel( Gf)title( 已校正系統階躍響應圖)分析 系統階躍響應的性能指標：Tp=1s ；Ts=2.8s超調量 =36.5%且采用校正裝置后系統穩定，系統的阻尼程度適中。第六章 繪畫模擬電路用 SIMULINK進行仿真1. 未校正系統2.已校正系統3. 分析5.致謝每一個課程設計都是一個挑戰！首先要由衷感謝我們的指導老師許慧老師，你指導了我順利的獨立地完成了這一次的課程設計。期間，讓我學到了許多在實踐中需注意的問題。包括如何根據課題制定方案，怎樣思考問題，然后如何去收集整理資料，之后怎樣組織材料撰寫論文等等，這為我們即將面臨的畢業設計等各類課題的設計

11、打下了一定的基礎。甚至在以后的工作和學習生活中也會受益。雖然我學了MATLAB ，不少課本上也有提到過MATLAB ，但是我還是不怎么熟練，通過這次自動控制原理課設讓我更好地學會了如何去使用這個軟件。自動控制原理的知識在課堂上掌握的也不是很好，所以這次課程設計對于我來說真是難度不小啊。在很多人眼中為期一周的課程設計或許是一種煎熬，這是可以理解的，在這一周當中，我們不僅要完成這個課程設計，而且還要學習其他專業課。對于 MATLAB 的學習，我們先從以前教材中翻看相關的內容，因為這些書上講的比較精簡易懂，看完之后便對MATLAB 有了更深地了解和懂得了一些簡單編程，接下來我再去圖書館借相關的書籍進行借鑒和參考，當要用什么功能時，就在書上翻看相應部分的內容，這樣MATLAB 就應用起來了。對于自動控制原理的相關知識，我重新翻看好幾遍教材，特別是第六章作了詳細地了解，對校正有了較好的認識之后才開始進行單位負反饋系統設計。校正設計時候，在試取值時需要對校正原理有較好的理解才能取出合適的參數，期間我也不是一次就成功，選了幾次才選出比較合適的參數。這種不斷嘗試的經歷讓我們養成一種不斷探索的科學研究精神，我想對于將來想從事技術行業的學生來說這是很重要的。每一次課程設計都會學到不少東西，這次當然也不例外。不但對自動控制原理的知識鞏固了，也加強了MATLAB 這個強大軟件使用的學