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1、学 号： 0121211350518课 程 设 计题 目太阳观测控制系统设计学 院自 动 化专 业电气工程及其自动化 班 级电气1205姓 名刘爽指导教师熊和金、李浩2015年1月16日I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： 刘爽 专业班级： 电气1205班 指导教师： 熊和金、李浩 工作单位： 自动化学院 题 目: 太阳观测控制系统设计 初始条件：太阳观测控制系统的开环传递函数为：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分别用时域和频域方法设计该系统的控制器。控制系统的时域性能指标为：斜坡输入产生的稳态误差2%阶跃响应的最
2、大超调 G=tf(2000,1 30 0); sG=tf(2000 0,1 30 0); kv=dcgain(sG)kv1= 66.6667 ess1=1/kv1ess1=0.0150可见系统在未校正之前，系统的稳态误差为1.5%。用Matlab求校正后的静态速度误差系数，代码与运行结果如下： G=tf(120000,1 490 0); sG=tf(120000 0,1 490 0); kv2=dcgain(sG)kv2 = 244.8980 ess2=1/kv2ess2 =0.0041可见在系统在校正之后，系统的稳态误差为0.41%1%满足设计要求。Matlab没有直接求系统斜坡响应的功能函
3、数。在求取控制系统的斜坡响应时，通常利用阶跃响应功能函数。基于单位阶跃信号的拉氏变换为，而单位斜坡信号的拉氏变换为。所以在求取控制系统的单位斜坡响应时，可利用阶跃响应的功能函数step()求取传递函数为的系统的阶跃响应，则其结果就是原系统G(s)的斜坡响应。3.1.2阶跃输入性能首先用MATLAB分别建立校正前与校正后的simulink模型如图3-1和图3-2所示：图3-1 系统校正前的simulink模型图3-2 系统校正后的simulink模型首先用MATLAB绘制未校正时系统的单位阶跃响应曲线，如图3-1所示，代码如下：num=2000;den=1,30,2000;step(num,de
4、n)图3-1 系统校正前的单位阶跃响应由响应曲线图可以得出校正前的参数如下表所示：表3-1 校正前系统的性能参数0.0742s0.34433%用MATLAB绘制未校正时系统的单位阶跃响应曲线如图3-2所示，代码如下：num=120000den=1,490,120000 step(num,den) 图3-2 系统校正后的阶跃响应由响应曲线图可以得出校正前的参数如下表所示：表3-1 校正前系统的性能参数0.0113s0.02064%3.2系统的频域分析首先用Matlab绘制校正前系统的伯德图并求幅值裕度、相角裕度如图3-3所示，其代码如下：num=3000;den=1,30,0;g=tf(num,
5、den);margin(g);grid；图3-3 系统校正前的伯德图用Matlab绘制校正后系统的伯德图并求幅值裕度、相角裕度如图3-4所示，其代码如下：num=3000;den=1,30,0;g=tf(num,den);margin(g);grid；图3-4 系统校正后的伯德图结束语自动控制技术广泛运用于生活中各行各业，极大地提高了生产率和改善了人们的生活水平，它已成为现代生活中不可缺少的重要组成部分。所谓自动控制，是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置，是机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。 回顾起此次自动控制课程设计，至今我仍感慨颇多，从审题到完
6、成，从理论到实践，在整整两星期的日子里，熬了好多夜，经历了烦躁到平静，但是学到很多很多的的东西，不仅巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识，不仅是专业知识，更学会熟练的使用MATLAB这个非常实用的数学软件，它帮我解决了许多问题，但是它的编程也是一个让人头疼的问题，最终我还是攻克了这个难关。对于自动控制这门专业性非常强的课程，更需要我们打好扎实的基本功。在设计的过程中难免会遇到过各种各样的问题，比如有时候被一些细小的问题挡住了前进的步伐，有时一开始的计算错误会导致后面的无法进行，花费了大量时间这上面，还有的问题最后还要查阅其他的书籍才能找出解决的办法。通过对课题的仔细
7、分析，发现在用时域的方法设计太阳观测控制系统时，需要通过测速反馈控制来改善系统的性能，从而使所设计的控制系统的时域性能指标满足要求。用频域地方法设计太阳观测控制系统时，通过改变原系统的开环增益可以使该系统在单位斜坡输入下产生的稳态误差满足要求，但不能增大系统的相角裕量，无法满足系统在频域下的设计要求。因此需对原系统增加串联超前校正来增大系统的相角裕量，而串联超前校正不改变系统在单位斜坡输入下产生的稳态误差，从而使所设计的控制系统满足频域下的性能指标。通过这次自动控制课程设计，加深了对课本知识的理解，进一步熟练掌握了基础理论知识，对平时较难掌握的知识有了更深的了解。熟练运用了理论知识分析课题，并
8、完成设计要求。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多MATLAB编程问题，通过和同学的讨论和参阅资料书，问题终于得以解决。在此，对给过我帮助的所有同学和指导老师表示忠心的感谢！参考文献1胡寿松.自动控制原理（第五版). 北京: 科学出版社，2001.2王万良.自动控制原理M. 北京: 科学出版社，2008.3张平.MATLAB基础应用简明教程M. 北京:北京航空航天大学，2001.4林雪松.MATLAB7.0应用集锦M. 北京:机械工业出版社，2005.5刘卫国.MATLAB程序设计教程M. 北京:水利水电出版社，2005.15武汉理工大学自动控制原理课程设计本科生课程设计成绩评定表姓 名刘爽性 别男专业、班级电气1205班课程设计题目：太阳观测控制系统设计课程设计答辩或质疑记录：成绩评定依据：评 定 项 目最高分限评分成绩1选题合理、目的明确102设计方案正确、具有可行性、创新性203设计结果（例如：系统设计程序、仿真程序） 204态度认真、学习刻苦、遵守纪律155设计报告的规范化、参考文献充分（不少于5篇）106答辩25总 分100最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定） 指导教师签字： 年 月 日16
