自動(dòng)控制原理課程設(shè)計(jì)---溫度控制系統(tǒng)的分析與校正

1、<p><b>　　課 程 設(shè) 計(jì)</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</b></p><p>　　學(xué)生姓名： 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： </p><p>　　指導(dǎo)教師： 工作單位： 自動(dòng)化學(xué)院 <

2、;/p><p>　　題 目: 溫度控制系統(tǒng)的分析與校正 </p><p>　　初始條件：某溫箱的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為</p><p>　　要求完成的主要任務(wù): （包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求，以及說(shuō)明書(shū)撰寫(xiě)等具體要求）</p><p>　　試用Matlab繪制其波特圖和奈奎斯

3、特圖，計(jì)算相角裕度和幅值裕度；</p><p>　　試設(shè)計(jì)超前校正裝置，使系統(tǒng)的相角裕度增加10度；</p><p>　　用Matlab對(duì)校正后的系統(tǒng)進(jìn)行仿真，畫(huà)出階躍響應(yīng)曲線(xiàn)。</p><p><b>　　時(shí)間安排：</b></p><p>　　指導(dǎo)教師簽名： 年 月

4、 日</p><p>　　系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　引 言1</b></p><p>　　1 系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)分析2</p><p>　　1.

5、1比例環(huán)節(jié)--12</p><p>　　1.2積分環(huán)節(jié)--1/S2</p><p>　　1.3慣性環(huán)節(jié)--1/(5s+1)3</p><p>　　1.4延遲環(huán)節(jié)--e-2s3</p><p>　　1.5開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)--Gp(s)3</p><p>　　2 利用Matlab分析傳遞函數(shù)4</p>

6、<p>　　2.1繪制波特圖4</p><p>　　2.2繪制奈奎斯特圖6</p><p>　　2.3計(jì)算相角裕度7</p><p>　　2.4計(jì)算幅值裕度7</p><p>　　3設(shè)計(jì)超前校正裝置8</p><p>　　3.1無(wú)源超前校正裝置8</p><p>　　3.

7、2確定校正函數(shù)9</p><p>　　3.2.1估算校正函數(shù)9</p><p>　　3.2.2檢驗(yàn)相角裕度9</p><p>　　3.2.3增大補(bǔ)償角后確定校正函數(shù)10</p><p>　　3.3校正裝置參數(shù)設(shè)置12</p><p>　　4校正后系統(tǒng)的仿真以及其階躍響應(yīng)曲線(xiàn)13</p><

8、;p>　　4.1仿真校正后的系統(tǒng)13</p><p>　　4.2階躍響應(yīng)曲線(xiàn)的繪制13</p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ)15</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)16</b></p><p><b>　　引 言</b></p><p

9、>　　本次課程設(shè)計(jì)要求運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)去分析并設(shè)計(jì)校正溫度控制系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù),并通過(guò)軟件Matlab輔助設(shè)計(jì)。</p><p>　　自動(dòng)控制原理如今已經(jīng)運(yùn)用到我們的各個(gè)領(lǐng)域了，如溫度控制、氣壓控制、水位控制、航天控制等等，通過(guò)自動(dòng)控制原理的運(yùn)用極大的改變著我們的生活，使我們的生活變得簡(jiǎn)單而又豐富多樣。而此次課程設(shè)計(jì)要求我們利用自動(dòng)控制原理相關(guān)知識(shí)以及Matlab軟件，并通過(guò)查閱相關(guān)資料來(lái)分析并校正一個(gè)

10、溫箱的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)。這不僅要求我們學(xué)好書(shū)本上的知識(shí)，還要求我們能夠靈活的運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)，將理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合，通過(guò)使用功能強(qiáng)大的軟件Matlab分析并協(xié)助解決相關(guān)問(wèn)題。這將很大程度的鍛煉我們的自主學(xué)習(xí)能力以及動(dòng)手解決實(shí)際問(wèn)題的能力。通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)應(yīng)該掌握一些簡(jiǎn)單的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)的分析與校正，更重要的是學(xué)會(huì)一種解決問(wèn)題的方法，為我們將來(lái)分析和校正更復(fù)雜的傳遞函數(shù)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。</p><p>　　學(xué)會(huì)綜合分析

11、自動(dòng)控制原理類(lèi)問(wèn)題在當(dāng)今社會(huì)更顯得尤為重要，因此，這次課程設(shè)計(jì)將是一個(gè)良好的開(kāi)端，為進(jìn)一步深入研究打下良好的基礎(chǔ)。</p><p>　　1 系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)分析</p><p>　　系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞為：，容易看出傳遞函數(shù)Gp(s)由比例、積分、慣性、延遲四個(gè)環(huán)節(jié)共同組成。</p><p>　　1.1比例環(huán)節(jié)--1</p><p>　　系統(tǒng)傳遞函

12、數(shù)Gp(s)的比例環(huán)節(jié)為1，它的基本特性如下：</p><p>　　比例環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為：G(s)=1，頻率特性為：G(jw)=1；</p><p>　　幅值特性為：A(w)=|G(jw)|=1，相頻特性為：(w)=G(jw)=0°；</p><p>　　對(duì)數(shù)幅頻特性為：L(w)=20lgA(w)=20lg1=0，對(duì)數(shù)相頻特性為：(w)=0°；&

13、lt;/p><p>　　對(duì)數(shù)幅頻特性L(fǎng)(w)是w軸線(xiàn)。</p><p>　　1.2積分環(huán)節(jié)--1/S</p><p>　　系統(tǒng)傳遞函數(shù)Gp(s)的比例環(huán)節(jié)為1/s，它的基本特性如下：</p><p>　　積分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為：G(s) = 1/s，頻率特性為：G(jw) = 1/jw = e-j90/w ；</p><p>

14、;　　幅頻特性為：A(w) = |1/jw | = 1/w，相頻特性為：(w) = (1/jw) = -90°；</p><p>　　對(duì)數(shù)幅頻特性為：L(w) = 20lgA(w) = 20lg(1/w) = -20lgw，對(duì)數(shù)相頻特性為：(w) = -90°。</p><p>　　由于Bode圖的橫坐標(biāo)按lgw刻度，故上式可視為自變量為lgw，因變量為L(zhǎng)(w)的關(guān)系式

15、，因此該式在Bode圖上是一個(gè)直線(xiàn)方程式。直線(xiàn)的斜率為?20dB/dec。當(dāng)ω=1時(shí)，?20lgw=0 ，即L(1) = 0 ，所以積分環(huán)節(jié)的對(duì)數(shù)幅頻特性是與w軸相交于w = 1，斜率為?20dB/dec的直線(xiàn)。積分環(huán)節(jié)的相頻特性是(w) = -90°，相應(yīng)的對(duì)數(shù)相頻特性是一條位于w軸下方，且平行于w軸的水平直線(xiàn)。</p><p>　　1.3慣性環(huán)節(jié)--1/(5s+1)</p><p

16、>　　系統(tǒng)傳遞函數(shù)Gp(s)的比例環(huán)節(jié)為1/(1+5s)，它的基本特性如下：</p><p>　　慣性環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為：G(s) = 1/(1+5s)，頻率特性為：G(jw) = 1/(1+j5w)；</p><p>　　幅值特性為：A(w)=|1/1+j5w|，相頻特性為：(w)=(1/1+j5w) = -arctan5w；</p><p>　　對(duì)數(shù)幅頻特性

17、為：L(w)=20lgA(w)，對(duì)數(shù)相頻特性為(w)= -arctan5w。</p><p>　　繪制慣性環(huán)節(jié)的對(duì)數(shù)幅頻特性曲線(xiàn)時(shí)，可以將不同的w值代入上式逐點(diǎn)計(jì)算求出L(w)，但通常是用漸近線(xiàn)的方法先畫(huà)出曲線(xiàn)的大致圖形，然后再加以精確化修正。</p><p>　　1.4延遲環(huán)節(jié)--e-2s</p><p>　　系統(tǒng)傳遞函數(shù)Gp(s)的比例環(huán)節(jié)為e-2s，它的基本特

18、性如下：</p><p>　　延遲環(huán)節(jié)的的傳遞函數(shù)為：G(s)=e-2s，頻率特性為：G(jw)=e-2jw=cos2w-jsin2w；</p><p>　　幅頻特性為：A(w)=|G(jw)|=|cos2w-jsin2w|=1，相頻特性為：(w)=G(jw)= e-2jw= -arctan(sin2w/cos2w) = -2w(rad)= -57.3*2w(°)；</p&

19、gt;<p>　　對(duì)數(shù)幅頻特性為：L(w)=20lgA(w)=20lg1=0，對(duì)數(shù)相頻特性為：(w)= -57.3*2w(°)。</p><p>　　由此可知，延遲環(huán)節(jié)并不影響系統(tǒng)的幅頻特性，而只是影響系統(tǒng)的相頻特性。</p><p>　　1.5開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)--Gp(s)</p><p>　　根據(jù)以上的分析可知，開(kāi)環(huán)函數(shù)Gp(s)的幅頻特性為

20、：A(w)=1/(w*|1+j5w|)；相頻特性為：(w) = -pi/2-arctan5w-2w。</p><p>　　2 利用Matlab分析傳遞函數(shù)</p><p>　　MATLAB軟件提供的函數(shù)bode()和nyquist()不能直接繪制具有延遲環(huán)節(jié)系統(tǒng)的伯德圖和奈奎斯特圖，由于延遲環(huán)節(jié)不影響系統(tǒng)的幅頻特性而只影響系統(tǒng)的相頻特性的緣故，因此可以通過(guò)對(duì)相頻的處理結(jié)合繪圖函數(shù)的應(yīng)用來(lái)繪

21、制具有純延遲環(huán)節(jié)系統(tǒng)的伯德圖和奈奎斯特圖，從而完成相應(yīng)的曲線(xiàn)繪制。</p><p><b>　　2.1繪制波特圖</b></p><p>　　繪制對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖的程序如下：</p><p>　　num=[1]; %開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)的分子</p><p>　　den=co

22、nv([1 0],[5 1]); %開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)的分母</p><p>　　w=logspace(-2,1,100); %確定頻率范圍</p><p>　　[mag,phase,w]=bode(num,den,w); %計(jì)算頻率特性的幅值和相角</p><p>　　%

23、利用相頻特性求加上延遲環(huán)節(jié)后的相頻特性</p><p>　　phase1=phase-w*57.3*2;</p><p><b>　　%繪制幅頻特性</b></p><p>　　subplot(211),semilogx(w,20*log10(mag)); </p><p>　　v=[0.01,10,-60,40];ax

24、is(v)</p><p><b>　　grid</b></p><p><b>　　%繪制相頻特性</b></p><p>　　subplot(212),semilogx(w,phase1);</p><p>　　v=[0.01,10,-270,-90];axis(v)</p>&l

25、t;p>　　%設(shè)置坐標(biāo)軸的標(biāo)尺屬性</p><p>　　set(gca, 'ytick' ,[-270 -240 -210 -180 -150 -120 -90])</p><p><b>　　grid</b></p><p>　　繪制的伯德圖如圖2-1所示：</p><p>　　圖2-1 開(kāi)環(huán)傳遞

26、函數(shù)的bode圖</p><p>　　手工繪制伯德圖的步驟：</p><p>　　繪制系統(tǒng)開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻漸近特性曲線(xiàn)方法如下：</p><p>　　第一步：系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)可分解為比例、積分、慣性、延遲四個(gè)環(huán)節(jié)；</p><p>　　第二步：確定各環(huán)節(jié)的交接頻率。非最小相位慣性環(huán)節(jié)：=0.2，斜率減小20dB/dec,最小交接頻率為==0.2；

27、</p><p>　　第三步：繪制低頻段漸近特性曲線(xiàn)。因?yàn)棣?1，則低頻漸近線(xiàn)斜率k= -20dB/dec,過(guò)（0.2,13.98）點(diǎn)；</p><p>　　第四步，繪制頻段w≥漸近特性曲線(xiàn)。w≥時(shí)，k= -40 dB/dec；</p><p>　　第五步，繪制整個(gè)曲線(xiàn)于圖上。</p><p>　　繪制系統(tǒng)開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)相頻曲線(xiàn)，取若干個(gè)頻率點(diǎn)，列

28、表計(jì)算各點(diǎn)的相角并標(biāo)注在對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖中，最后將各點(diǎn)光滑連接。</p><p>　　2.2繪制奈奎斯特圖</p><p>　　在設(shè)繪制極坐標(biāo)圖的程序如下：</p><p>　　num=[1]; %開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)的分子</p><p>　　den=conv([1 0],[5 1]);

29、 %開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)的分母</p><p>　　w=logspace(-1,2,100); %確定頻率范圍</p><p>　　[mag,phase,w]=bode(num,den,w); %計(jì)算頻率特性的幅值和相角</p><p>　　%利用相頻特性求加上延遲環(huán)節(jié)后的相頻特性</p>

30、;<p>　　phase1=phase*pi/180-w*2;</p><p><b>　　hold on</b></p><p>　　%用極坐標(biāo)曲線(xiàn)繪制函數(shù)畫(huà)出奈奎斯特圖</p><p>　　polar(phase1,mag)</p><p>　　v=[-2.5,1,-1,1];axis(v)</p

31、><p><b>　　grid</b></p><p>　　繪制的奈奎斯特圖如圖2-2所示</p><p>　　圖2-2 開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)的nyquis圖</p><p>　　原因分析：因系統(tǒng)傳遞函數(shù)具有延遲環(huán)節(jié)，所以當(dāng)w從0∞變化時(shí)，幅角也會(huì)從0∞變化，所以奈氏曲線(xiàn)為螺旋線(xiàn)。</p><p><b

32、>　　2.3計(jì)算相角裕度</b></p><p>　　由bode圖在-1時(shí)的值可知截止頻率wc=0.45rad/s </p><p>　　γ=180°+ (wc) = 180°- 90°- arctan5wc - 2wc=90°- arctan2.25 – 51.57°</p><p>　　= -

33、27.6°<0</p><p>　　用Matlab函數(shù)margin驗(yàn)算：</p><p>　　[gm,pm,wcg,wcp]=margin(mag,phase1,w)</p><p><b>　　得出：</b></p><p>　　wcp = 0.4254</p><p>　　pm

34、 = -23.5870</p><p><b>　　所以系統(tǒng)不穩(wěn)定。</b></p><p><b>　　2.4計(jì)算幅值裕度</b></p><p>　　由相頻特性曲線(xiàn)在-180°的值可知相角穿越頻率wg=0.30rad/s。</p><p>　　則|G(jwg)| = 1/wg*|1+j

35、5wg| = 1.849</p><p>　　h = 1/|G(jwg)| = 0.541</p><p>　　用Matlab函數(shù)margin驗(yàn)算：</p><p>　　[gm,pm,wcg,wcp]=margin(mag,phase1,w)</p><p><b>　　得出：</b></p><p&

36、gt;　　wcg = 0.2965</p><p>　　gm = 0.5305</p><p><b>　　3設(shè)計(jì)超前校正裝置</b></p><p>　　3.1無(wú)源超前校正裝置</p><p>　　如圖3-1所示，圖為由電阻和電容所組成的無(wú)源超前校正網(wǎng)絡(luò)的電路圖，其傳遞函數(shù)為：Gc(s) = Uc(s)/Ur(s) =

37、 (R2(1+R1Cs)/(R1+R2))/((R1+R2+R1R2Cs)/(R1+R2)) = a-1(aTs+1)/(Ts+1)</p><p>　　其中T=R1R2C/(R1+R2)，a=(R1+R2)/R2，a為超前網(wǎng)絡(luò)的分度系數(shù)。</p><p>　　圖3-1 無(wú)源超前校正網(wǎng)絡(luò)</p><p>　　采用無(wú)源超前網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行串聯(lián)校正時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益要下降a

38、倍，因此需要提高放大器增益加以補(bǔ)償，如圖3-2所示，此時(shí)的傳遞函數(shù)為：Gc(s) = Uc(s)/Ur(s) =(aTs+1)/(Ts+1)</p><p>　　圖3-2 帶有附加放大器的無(wú)源超前校正網(wǎng)絡(luò)</p><p>　　由上式可得，無(wú)源超前校正網(wǎng)絡(luò)的對(duì)數(shù)頻率特性：</p><p>　　20lg|aGc(s)|=20lg|1+aTw|-20lg|1+Tw|<

39、;/p><p>　　c(w)=arctanaTw-arctanTw</p><p>　　畫(huà)出對(duì)數(shù)頻率特性，觀(guān)察圖形知超前網(wǎng)絡(luò)對(duì)頻率在1/aT和1/T之間的輸入信號(hào)有明顯的微分作用，在該頻率范圍內(nèi)輸出信號(hào)相角比輸入信號(hào)相角超前。</p><p><b>　　3.2確定校正函數(shù)</b></p><p>　　3.2.1估算校正函數(shù)

40、</p><p>　　已知未校正系統(tǒng)γ = -27.6°，校正后γ1 = -17.6°，</p><p>　　則φm = γ-γ1+ε = -17.6+27.6+5 = 15°</p><p>　　則a = (1+sinφm)/(1-sinφm) = 1.70。則超前校正裝置在wm處的幅值為</p><p>　　

41、10lga = 10lg1.70=2.30dB</p><p>　　因此校正系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅值為-2.30dB，對(duì)應(yīng)的頻率計(jì)算如下：</p><p>　　-20lgw-20lg((25w2+1)0.5) = -2.30 推得 wm = 0.49 = 1/T*a0.5</p><p>　　計(jì)算超前校正網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)折頻率為：w1=wm/a0.5 = 0.377；w2=w

42、m*a0.5 = 0.637</p><p>　　則Gc(s) = a-1(aTs+1)/(Ts+1) = (s+0.377)/(s+0.637)</p><p>　　a Gc(s) = (2.661s+1)/(1.565s+1)</p><p>　　3.2.2檢驗(yàn)相角裕度</p><p>　　校正后系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為：Gp’(s) = (

43、2.661s+1)e-2s/s(5s+1)(1.565s+1)</p><p>　　檢驗(yàn)相角裕度的程序如下：</p><p>　　num=[2.661 1]; %開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)的分子</p><p>　　den=conv([conv([1 0],[5 1])],[1.565 1]); %開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)的分母</p>

44、<p>　　w=logspace(-2,1,100); %確定頻率范圍</p><p>　　[mag,phase,w]=bode(num,den,w); %計(jì)算頻率特性的幅值和相角</p><p>　　%利用相頻特性求加上延遲環(huán)節(jié)后的相頻特性</p><p>　　phase1=phase-w*57.3*2;&l

45、t;/p><p>　　[gm,pm,wcg,wcp]=margin(mag,phase1,w); %計(jì)算幅值和相角裕度</p><p><b>　　pm=pm'</b></p><p>　　得到pm = -19.2024，小于題目要求，因此需要進(jìn)一步加大補(bǔ)償角度。</p><p>　　3.2.3增大補(bǔ)償角后確定校正函

46、數(shù)</p><p>　　這次使ε=13°，重新計(jì)算可得：</p><p>　　φm = γ-γ1+ε = -17.6+27.6+13 = 23°</p><p>　　則有a = (1+sinφm)/(1-sinφm) = 2.283。則超前校正裝置在wm處的幅值為</p><p>　　10lga = 10lg2.283=3

47、.59dB</p><p>　　因此校正系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅值為-3.59dB，對(duì)應(yīng)的頻率計(jì)算如下：</p><p>　　-20lgw-20lg((25w2+1)0.5) = -3.59 推得 wm = 0.532 = 1/(T*a0.5)</p><p>　　計(jì)算超前校正網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)折頻率為：w1=wm/a0.5 = 0.352；w2=wm*a0.5 = 0.804&l

48、t;/p><p>　　則Gc(s) = a-1(aTs+1)/(Ts+1) = (s+0.352)/(s+0.804)</p><p>　　a Gc(s) = (2.841s+1)/(1.244s+1)</p><p>　　則系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)校正后為：Gp’’(s) = (2.841s+1)e-2s/s(5s+1)(1.244s+1)</p><p&

49、gt;　　再次通過(guò)程序驗(yàn)算相角裕度，程序設(shè)計(jì)如下：</p><p>　　num=[2.841 1]; %開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)的分子</p><p>　　den=conv([conv([1 0],[5 1])],[1.244 1]); %開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)的分母</p><p>　　w=logspace(-2,1,100);

50、 %確定頻率范圍</p><p>　　[mag,phase,w]=bode(num,den,w); %計(jì)算頻率特性的幅值和相角</p><p>　　%利用相頻特性求加上延遲環(huán)節(jié)后的相頻特性</p><p>　　phase1=phase-w*57.3*2;</p><p>　　[gm,pm,wcg,wcp]=marg

51、in(mag,phase1,w); %計(jì)算相角裕度</p><p><b>　　pm=pm'</b></p><p>　　得到pm = -17.3382滿(mǎn)足題目要求。并繪制校正后的系統(tǒng)傳遞函數(shù)的對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖，程序設(shè)計(jì)如下：</p><p>　　num=[2.841 1]; %開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)的分子&

52、lt;/p><p>　　den=conv([conv([1 0],[5 1])],[1.244 1]); %開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)的分母</p><p>　　w=logspace(-2,1,100); %確定頻率范圍</p><p>　　[mag,phase,w]=bode(num,den,w); %計(jì)算頻率特性的幅值和相角<

53、;/p><p>　　%利用相頻特性求加上延遲環(huán)節(jié)后的相頻特性</p><p>　　phase1=phase-w*57.3*2;</p><p>　　subplot(211),semilogx(w,20*log10(mag)); %繪制幅頻特性</p><p>　　v=[0.01,10,-60,40];axis(v)</p><

54、;p><b>　　grid</b></p><p>　　subplot(212),semilogx(w,phase1); %繪制相頻特性</p><p>　　v=[0.01,10,-270,-90];axis(v)</p><p>　　set(gca, 'ytick' ,[-270 -240 -210 -1

55、80 -150 -120 -90]) %設(shè)置坐標(biāo)軸的標(biāo)尺屬性</p><p><b>　　grid</b></p><p>　　得到校正后系統(tǒng)的波特圖如圖3-3所示：</p><p>　　圖3-3 校正后系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)的Bode圖</p><p>　　手工繪制校正后系統(tǒng)伯德圖的步驟：</p><p&

56、gt;　　繪制校正后系統(tǒng)開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻漸近特性曲線(xiàn)方法如下：</p><p>　　第一步：系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)可分解為比例、積分、慣性、延遲四個(gè)環(huán)節(jié)；</p><p>　　第二步：確定各環(huán)節(jié)的交接頻率。非最小相位慣性環(huán)節(jié)：=0.2，斜率減小20dB/dec, 一階微分環(huán)節(jié)：=0.35, 斜率增加20dB/dec，慣性環(huán)節(jié)：=0.8, 斜率減小20dB/dec,最小交接頻率為==0.2；</

57、p><p>　　第三步：繪制低頻段漸近特性曲線(xiàn)。因?yàn)棣?1，則低頻漸近線(xiàn)斜率k= -20dB/dec,過(guò)（0.2,13.98）點(diǎn)；</p><p>　　第四步，繪制頻段w≥漸近特性曲線(xiàn)。</p><p>　　≥w≥時(shí)，斜率k= 0 dB/dec；</p><p>　　≥w≥時(shí)，斜率k= -20 dB/dec；</p><p&g

58、t;　　第五步，繪制整個(gè)曲線(xiàn)于圖上。</p><p>　　繪制校正后系統(tǒng)開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)相頻曲線(xiàn)，取若干個(gè)頻率點(diǎn)，列表計(jì)算各點(diǎn)的相角并標(biāo)注在對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖中，最后將各點(diǎn)光滑連接。</p><p>　　3.3校正裝置參數(shù)設(shè)置</p><p>　　容易得出T=R1R2C/(R1+R2) = 1.244，a=(R1+R2)/R2=2.283，設(shè)C = 0.01F，</p>

59、<p>　　則可求得：R1=284.0Ω，R2=221.4Ω</p><p>　　4校正后系統(tǒng)的仿真以及其階躍響應(yīng)曲線(xiàn)</p><p>　　4.1仿真校正后的系統(tǒng)</p><p>　　校正后的系統(tǒng)傳遞函數(shù)為Gp’’(s) = (2.841s+1)e-2s/s(5s+1)(1.244s+1)，在Matlab中輸入simulink命令，進(jìn)入仿真界面，并新建

60、一個(gè)Model文件。在Simulink Library中找到積分器internal，傳遞函數(shù)Transfer Fcn以及延遲環(huán)節(jié)Transport Delay，將其依次拖入Model文件中修改相應(yīng)參數(shù)并將其串聯(lián)組成我們所需的傳遞函數(shù)，其中Transport Delay中的Time delay參數(shù)設(shè)置為2，具體如圖4-1所示：</p><p>　　圖4-1 校正后的傳遞函數(shù)的仿真</p><p&

61、gt;　　4.2階躍響應(yīng)曲線(xiàn)的繪制</p><p>　　在4.1的仿真基礎(chǔ)上加入階躍信號(hào)Step以及示波器Scope則可觀(guān)察并繪制系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線(xiàn)，仿真如圖4-2所示：</p><p>　　圖4-2 加入階躍信號(hào)的系統(tǒng)仿真</p><p>　　雙擊Scope顯示示波器，按下Start Simulation即可在示波器上顯示出系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線(xiàn)，如圖4-3所示：&l

62、t;/p><p>　　圖4-3 校正后系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線(xiàn)</p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>　　通過(guò)一個(gè)半星期的奮斗，終于做好了這次課程設(shè)計(jì)，這次課程設(shè)計(jì)讓我學(xué)到了很多東西，收獲頗豐。</p><p>　　首先，這次課程設(shè)計(jì)是要求每個(gè)人獨(dú)立完成自己的任務(wù)，培養(yǎng)了我們大學(xué)生獨(dú)立解決問(wèn)題的能力，通過(guò)各種

63、手段解決問(wèn)題。</p><p>　　其次，這次課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)運(yùn)用了許多課本上的知識(shí)，而且僅僅課本上的知識(shí)是不夠的，期間翻閱了大量的資料，包括進(jìn)一步對(duì)Matlab軟件的學(xué)習(xí)，進(jìn)一步擴(kuò)展了自己的知識(shí)。更重要的是這次課程設(shè)計(jì)涉及到了書(shū)本上沒(méi)有的知識(shí)，這就需要我們?nèi)ド钊雽W(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)去解決相應(yīng)的問(wèn)題，告訴我們課本上學(xué)到的知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。</p><p>　　通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，又一次接觸到了Matla

64、b軟件，使我掌握了一些用Matlab解決自動(dòng)控制原理相關(guān)問(wèn)題的方法，通過(guò)運(yùn)用這個(gè)軟件我們很輕松的可以獲取傳遞函數(shù)的一些相關(guān)圖像，例如可以用軟件繪制伯德圖、奈氏圖等等，而且可以通過(guò)Matlab直接仿真，非常方便，同時(shí)體會(huì)到了這款軟件的強(qiáng)大，覺(jué)得有必要系統(tǒng)的學(xué)習(xí)一下這個(gè)軟件。</p><p>　　最后，這次課程設(shè)計(jì)確實(shí)使我受益匪淺，我將會(huì)不斷提高自己的各方面能力的，課程設(shè)計(jì)是一個(gè)很好的機(jī)會(huì)將自己課堂上的知識(shí)運(yùn)用于實(shí)際

65、的問(wèn)題中，通過(guò)將相關(guān)知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際進(jìn)一步提高自己解決問(wèn)題的能力，這是一個(gè)很好的鍛煉機(jī)會(huì)的。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]胡壽松主編.《自動(dòng)控制原理（第四版）》，科學(xué)出版社，2001.2</p><p>　　[2]張冬研,孫麗萍,岳琪主編《自動(dòng)控制理論學(xué)習(xí)指導(dǎo)》，東北林業(yè)大學(xué)出版社，2003</p

66、><p>　　[3]龐國(guó)仲主編.《自動(dòng)控制原理》，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，1998.2</p><p>　　[4] 王曉燕、馮江等.自動(dòng)控制理論實(shí)驗(yàn)與仿真（第一版）， 廣州:華南理工大學(xué)出版社，2006[5] 何衍慶.MATLAB語(yǔ)言的運(yùn)用， 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003 </p><p>　　[6] 劉叔軍.MATLAB7.0控制系統(tǒng)應(yīng)用與實(shí)例，北京：機(jī)械工業(yè)出版