自动控控原理课程设计

《自动控制原理课程设计》是自动化专业的一次实践性学习任务，主要目标是设计一个能够改善温度控制系统稳定性和相角裕度的滞后补偿环节。在本次设计中，学生需要掌握滞后校正的基本原理和方法，以提升系统的动态性能。 滞后校正是通过引入具有滞后特性的元件或控制器来调整系统的频率响应，从而改善其稳定性和相角裕度。这种补偿通常在系统响应速度要求不高但噪声抑制性能要求较高的场景下适用，或者当系统动态性能良好但稳态性能不达标时使用。对于一个单位反馈的最小相位系统，滞后校正的步骤如下： 1. **确定开环增益K**：根据稳态误差要求，选择合适的开环增益，这将影响系统的稳态精度。 2. **分析系统特性**：分析待校正系统的对数频率特性，确定截止频率、相角裕度和幅值裕度。 3. **绘制伯德图**：根据开环增益，画出系统的伯德图，进一步确定性能指标。 4. **选择截止频率**：基于相角裕度要求，选择已校正系统的截止频率，考虑滞后网络在该频率下的相位滞后。 5. **计算滞后网络参数**：通过式（1）确定滞后角要求，然后利用式（2）和式（3）计算滞后网络的参数b和时间常数T，确保校正后系统的截止频率符合预期。 在实际操作中，学生需要使用MATLAB软件进行以下工作： - **绘制校正前后的奈奎斯特曲线**：奈奎斯特曲线能直观展示系统的稳定性，校正前后对比有助于理解校正效果。 - **绘制波特图**：波特图展示了系统的幅频特性和相频特性，有助于评估系统的动态性能。 - **绘制阶跃响应曲线**：通过分析阶跃响应曲线，可以判断系统的上升时间、超调量、调节时间和稳定时间等关键性能指标。 - **绘制根轨迹**：根轨迹分析揭示了闭环系统特征根的变化，提供了系统稳定性与参数之间的直观联系。 学生需撰写一份详细的课程设计说明书，其中应包括： - 分析计算的过程 - 响应曲线的展示 - MATLAB源程序或Simulink仿真模型 - 符合教务处标准的格式 在整个设计过程中，学生将深入理解控制系统的动态行为，掌握滞后补偿的设计方法，提升分析和解决问题的能力，为未来在自动化领域的实践打下坚实基础。