武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书

课程设计任务书

学生姓名： 张弛 专业班级： 电气1002班 指导教师： 刘志立 工作单位： 自动化学院

题 目: 用MATLAB进行控制系统的滞后－超前校正设计 初始条件：已知一单位反馈系统的开环传递函数是

G(s)?K

s(s?1)(s?2)要求系统的静态速度误差系数Kv?10S?1，??45?。

要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要

求）

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

2、前向通路中插入一相位滞后－超前校正，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、用Matlab对校正前后的系统进行仿真分析，画出阶跃响应曲线，计算其时域性能指标。

5、课程设计说明书中要求写清楚计算分析的过程，列出MATLAB程序和MATLAB输出。说明书的格式按照教务处标准书写。

时间安排:

任务 审题、查阅相关资料 分析、计算 编写程序 撰写报告 论文答辩 时间（天） 1 3 1 2 0.5

指导教师签名: 年 月 日 系主任（或责任教师）签名: 年 月 日

武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书

目录

摘要 ........................................................................ 3 1基于频率响应法校正设计概述 ................................................ 4 2串联滞后-超前校正原理及步骤 ............................................... 5 2.1滞后超前校正原理 ...................................................... 5 2.2滞后-超前校正的适用范围 ............................................... 6 2.3串联滞后-超前校正的设计步骤 ........................................... 6 3串联滞后-超前校正的设计 ................................................... 7 3.1待校正系统相关参数计算及稳定性判别 .................................... 7 3.1.1判断待校正系统稳定性 ............................................... 7 3.1.2绘制待校正系统的伯德图 ............................................. 8 3.1.3绘制待校正系统的根轨迹图 ........................................... 9 3.1.4绘制待校正系统的单位阶跃响应曲线 .................................. 10 3.1.5利用SIMULINK进行控制系统建模仿真 ................................. 11 3.2滞后超前-网络相关参数的计算 .......................................... 12 3.3对已校正系统的验证及稳定性分析 ....................................... 15 3.3.1绘制已校正系统的伯德图 ............................................ 15 3.3.2判断已校正系统的稳定性 ............................................ 16 3.3.3绘制已校正系统的根轨迹图 .......................................... 17 3.3.4绘制已校正系统的单位阶跃响应曲线 .................................. 18 3.3.5利用SIMULINK进行控制系统建模仿真 ................................. 19 3.3.6串联滞后-超前校正设计小结 ................................................. 20 4心得体会 ................................................................. 21 参考文献 ................................................................... 21 附录 ....................................................................... 22

武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书

摘要

随着科学技术的不断向前发展，人类社会的不断进步。自动化技术取得了巨大的进步，自动控制技术广泛应用于制造业、农业、交通、航空及航天等众多产业部门，极大的提高了社会劳动生产率，改善了人们的劳动条件，丰富和提高了人民的生活水平。当今的社会生活中，自动化装置无所不在，自动控制系统无所不在。因此我们有必要对一些典型、常见的控制系统进行设计或者是研究分析。

在控制工程中，二阶系统的应用非常普遍，对他的分析我们可以应用特定的公式计算，同时也可以借助于MATLAB软件来分析系统。本题是一个在频域中对线性定常系统进行校正的问题。所谓的校正，就是在系统中加入一些其参数可以改变的机构或装置，使系统的整个特性发生变化，从而满足给定的各项性能指标。目前工程实践中常用的三种校正方法为串联校正、反馈校正和复合校正。

本篇论文主要采用串联滞后-超前校正的方法，对待校正系统进行校正使其满足给定的静态速度误差系数和相角裕量的要求，并结合所学知识对未校正系统和已校正系统进行对比，分析其稳定性及各项性能指标，在此基础上运用MATLAB的相关工具箱绘制出系统的波特图、根轨迹图、单位阶跃响应曲线，并利用SIMULINK对控制系统进行建模仿真，验证效果。

关键字：频域 串联滞后-超前校正 MATLAB/SIMULINK 性能指标

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