課程設計
課程設計任務書
學生姓名專業班級：自動化1003班
指導教師： 肖純工作單位： 自動化學院
題目: 飛行器控制系統設計
初始條件：飛行器控制系統的開環傳遞函式為：
要求設計控制系統效能指標為調節時間ts秒，單位斜坡輸入的穩態誤差，相角裕度大於75度。
要求完成的主要任務:（包括課程設計工作量及其技術要求，以及說明書撰寫等具體要求）
（1） 設計乙個控制器，使系統滿足上述效能指標；
（2） 畫出系統在校正前後的奈奎斯特曲線和波特圖；
（3） 用matlab畫出上述每種情況的階躍響應曲線，並根據曲線分析系統的動態效能指標；
（4） 對上述任務寫出完整的課程設計說明書，說明書中必須寫清楚分析計算的過程，給出響應曲線，幷包含matlab源程式或simulink**模型，說明書的格式按照教務處標準書寫。
時間安排：
指導教師簽名年月日
系主任（或責任教師）簽名年月日
摘要隨著經濟的發展，自動控制技術在國民經濟中發揮著越來越重要的作用。自動控制就是在沒有人的參與下，系統的控制器自動的按照人預訂的要求控制裝置或過程，使之具有一定的狀態和效能。在實際中常常要求在達到制定效能指標的同時能更加節約成本、能具有更加優良的效果。
本次飛行器設計中，採用頻域校正的方法使系統達到指定的效能指標，同時採用matlab**軟體更加直觀的進行**分析和驗證。
在此設計中主要採用超前校正的方法來對系統進行效能的改進，通過分析、設計、**、寫實驗報告書的過程，進一步加深了對自動控制原理基本知識的理解和認識，同時通過**系統的奈奎斯特圖、bode圖、單位階躍響應曲線，進一步理解了系統的效能指標的含義，同時也加深了對matlab**的掌握，培養了認識問題、分析問題、解決問題的能力。
飛行器控制系統的開環傳遞函式為：
主要效能指標：
調節時間ts=0.008秒，
單位斜坡輸入下的穩態誤差，
相角裕度大於75度。
1.2 分析與計算
由系統的開環傳遞函式以及系統需要達到的效能指標要求可知需對系統進行校正，採用頻域矯正法對系統進行校正。
根據給定的穩態效能指標，首先確定符合要求的開環增益k。設計要求中要求在單位斜坡訊號作用下的系統穩態誤差，故校正後的系統還是1型系統。
單位斜坡輸入下系統穩態誤差求法如下：
=又有：
解得，所以應取=182
從而將系統開環傳遞函式化為：
計算校正前系統的截止頻率：
==1又有：
計算得出。
要求校正後的系統的相位裕度 ，因此可知補充的相位裕度不超過，因此可以採用超前校正的方法。
此時有：
取，則：
令：-10lg15.4db=20lg
計算得=1770，因此：
==0.000144
所以得出超前校正環節為：
得到校正後系統的傳遞函式為：
2 校正前後系統的matlab**
2.1校正前系統的**
2.1.1 校正前系統bode圖
校正前系統bode圖源程式如下：
>> num=819000
>> den=[1,316.2,0]
>> bode(num,den)
圖1 校正前系統bode圖
2.1.2 校正前系統奈奎斯特曲線
校正前系統奈奎斯特圖源程式如下：
>> num=819000
>> den=[1,361.2,0]
>> nyquist(num,den)
圖2 校正前系統奈奎斯特曲線
2.1.3 校正前系統單位階躍響應曲線
校正前系統的閉環傳遞函式為：
校正前系統單位階躍響應源程式如下：
>> num=819000
>> den=[1,361.2,819000]
>> step(num,den)
圖3 校正前系統的單位階躍響應曲線
由系統的響應曲線可知系統的調節時間為0.0217s遠大於0.008s，系統的超調時間為0.00349s、超調量為0.527，都比較大。
2.2校正後系統matlab**
2.2.1校正後系統的bode圖
校正後系統bode圖源程式如下：
>>g=tf(819000*[0.00222,1],conv([1,361.2],[0.0001444,1,0]),bode(g)
g =1818 s + 819000
0.0001444 s^3 + 1.052 s^2 + 361.2 s
圖4 校正後系統bode圖
由校正後系統bode圖可以看出校正後系統相位裕度達到，滿足系統設計要求。
2.2.2 校正後系統奈奎斯特曲線
校正後系統奈奎斯特圖源程式如下：
>>g=tf(819000*[0.00222,1],conv([1,361.2],[0.0001444,1,0])),
nyquist(g)
g =1818 s + 819000
0.0001444 s^3 + 1.052 s^2 + 361.2 s
圖5校正後系統奈奎斯特曲線
2.2.3校正後系統單位階躍響應曲線
校正後系統閉環傳遞函式為：
校正後系統單位階躍響應源程式如下：
>>num=[1818.18,819000
>>den=[0.000144,1.052,2179.38,819000]
step(num,den
由校正後系統單位階躍響應曲線可知系統調節時間tss，小於給定值0.008s，能夠滿足系統動態效能指標要求。
圖6 校正後系統單位階躍響應曲線
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