1、 CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY 企业 实习 报告 实习单位 ： 吴江市光易精密仪器有限公司 专业名称 ： 自动化 班 级 ： 14 自动化卓越 学 号 ： 14021106 姓 名 ： 朱靖 指导教师 ： 张燕红 起止时间： 2017 年 6 月 19 日 2017 年 6 月 30 日 一、 课程 设计的目的及 题目 . 3 1.1 课程 设计的目的 . 3 1.2 课程设计的题目 . 3 二、课程设计 的任务及要求 . 4 2.1 课程设计 的任务 . 4 2.2 课程设计 的要求 . 4 三 、 校正 装置的设计 . 5 3.2 校正装置 的设计 .
2、 5 四、系统的根轨迹分析 . 8 五、小结与体会 .10 参考 文献 . 11 一、 课程 设计的目的及 题目 1.1 课程 设计的目的 1 了解 控制系统设计的一般方法、步骤。 2 掌握 对系统进行稳定性分析、 稳态 误差分析以及动态特性分析的方法，并掌握对系统进行校正的方法。 3 掌握利用 MATLAB 对控制理论内容进行分析和研究的技能。 4 提高 分析问题及解决问题的能力 。 1.2 课程设计的题目 知单位负反馈系统被控制对象的开环传递函数 为 :G(s)=K/s(s2+5s+6)试设计串联校正装置 使系统满足如下动态 及静态性能指标： （ 1）要求校正后 系统 的速度误差系数 kv
3、 1s-1 （ 1） 相位裕 度 （ 43 5） （ 2） 截止频率 c（ 0.1 0.03） rad/s 二、课程设计 的任务及要求 2.1 课程设计 的任务 根据 控制系统 期望的性能指标选择合适的校正方式 ， 对原系统进行校正（ 写 清楚校正的过程 ）， 使 其 满足工作要求 。 然后 利用 MATLAB 编程 ，对未校正系统和校正后 系统 的性能进行比较分析，输出 仿真结果 。 2.2 课程设计 的要求 1.根据 给定 的 性能指标 选择合适的校正方式对原系统进行校正，使其满足工作要求 。要求 程序 执行的结果中有校正装置传递函数和校正后系统的开环传递函数，校正装置的参数 T， ， 的
4、值 并设计 校正装置的模拟电路。 2.绘制系统校正前与校正后的 Bode 图，计算系统的幅值裕量，幅值穿越频 率和相位穿越频率。判断系统的稳定性，并说明理由。 3.利用 MATLAB 函数求出校正前和校正后系统的特征根，并判断其系统是 否稳定，为什么？ 4利用 MATLAB 作出系统校正前与校正后的单位脉冲响应曲线，单位阶跃响应曲线，单位斜坡响应曲线，分析这三种曲线的关系。求出系统校正前与校正后的动态性能指标以及稳态误差的值，并分析其有何 变化。 5绘制系统校正前和校正后的根轨迹图，并求其分离点、汇合点及与虚轴交点的坐标和相应点的增益值，得出系统稳定时增益的变化范围。绘制系统校正前与校正后的N
5、yquist 图，判断系统的稳定性，并说明理由。 三 、 校正 装置的设计 3.1 校正装置的理论值计算 试采用超前校正： 校正装置参数的确定 ， 求得结果 =18.6 Wc=7.2rad/s 可以看出截止频率 Wc符合题目的要求 ,但是相角裕度 小于系统的要求 ,采用超前校正是不能满足要求。 试采用滞后校正：求得结果 =45 Wc=0.46rad/s 可以看出相角裕度 能满足系统的要求 ， 但是截止频率 Wc 不能满足系统的要求。所以应通过两次校正来满足系统要求 ， 采用超前 -滞后校正。 根据题目要求，选取 Wc=0.09， =40 在待校正系统的对数幅频特性上，选择斜率 -20db/de
6、c 的交接频率作为校正的频率Wb=2。 Wb的这种选法，可以降低已校正系统的阶次，且可以保证中频区斜率为期望的 -20db，并占据较宽的频带。 -20lg +L (W” )+20lgTbWC” =0 所以 =11.1 W =0.13rad/s 所以校正装置为 Gc=（ 1=7.69s）（ 1+0.5s） /（ 1+85.4s）（ 1+0.045s） 3.2 校正装置 的设计 对该系统进行分析，由 MATLAB 绘制 BODE 图 原系统的 bode 图 该系统的程序为： num6; Den=1 5 6 0; S=tf(num,den); S=tf(num,den);margin(s) 执行校正
7、后的 Bode 图如下： 程序为： num=conv（ 7.69 1,0.5 1） ; Den=conv(85.4 1,0.045 1); Sys=tf(num,den); Bode(sys) 由图可知： 相角裕度 47；截止频率 0.128rad/s； 原系统的单位阶跃响应曲线 已知单位反馈系统的开环传递函数为 ，要求系统校正后的误差系数 kv=1s-1所以 开环增益 k=6，绘制该系统的单位阶跃响应。 校正后的单位阶跃响应图如下： 该程序如下： Num=conv(7.69 1,3 6); Den=conv(conv(85.4 1,0.045 1),1 5 6); G=tf(num,den)
8、; GO=feedback(G,1) Transfer function: 23.07s2+49.14s+6/3.843s5+104.7s4+451.s3+540.7s2+55.14s+6 四、系统的根轨迹分析 4.1 原系统的根轨迹： 校正前系统的开环传递函数为 由传递函数可知，其根轨迹有三条分支，其极点为（ 0， 0），（ -2， 0），（ -3， 0） 其实轴上的主要根轨迹为（ -， -3）和（ -2， 0） 其渐近线交点为（ -5/3， 0） 夹角为 /3， 解得 w=根号 6， 0 k=30 在 matlab 的命令窗口输入的程序为： num=6; den=conv(1 0,1 5
9、6); s=tf(num,den); rlocus(s) 4.2 校正后的根轨迹： 其程序如下； num=conv(7.69 1,3 6); den=conv(conv(85.4 1,0.045 1),1 5 6 0); s=tf(num,den); rlocus(s) 五、小结与体会 通过本次两周的试验，利用在企业实习的空闲时间，我完成了此次的企业教学报告。在此期间通过查阅资料和网络，利用 MATLAB 软件设计了校正系统。我明白了超前校正改变系统性能的过程，超前校正是通过其相位超前特性来改善系统的品质，增大了系统的相位裕度量和截止频率，从而减小瞬态响应的超调量，提高其快速性，超前校正对提高稳态精度作用不大。从校正后的 bode 图可以看出，校正后提高了系统的相角裕度和稳定性，通过提高系统的频带宽度，提高了系统的响应速度，不会影响系统的稳态性能。
