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1、1 自动控制原理课程设计题目及要求 一、单位负反馈随动系统的开环传递函数为 )101.0)(11 .0( )( sss K sGk 1、画出未校正系统的Bode 图,分析系统是否稳定 2、画出未校正系统的根轨迹图,分析闭环系统是否稳定。 3、设计系统的串联校正装置,使系统达到下列指标 (1)静态速度误差系数Kv100s-1; (2)相位裕量 30 (3)幅频特性曲线中穿越频率c45rad/s 。 4、给出校正装置的传递函数。 5、分别画出校正前,校正后和校正装置的幅频特性图。计算校正后系统的穿越频率c、相 位裕量 、相角穿越频率g和幅值裕量Kg。 6、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特
2、图,并进行分析。 7、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响(自由发挥)。 二、设单位负反馈随动系统固有部分的传递函数为 )2)(1( )( sss K sGk 1、画出未校正系统的Bode 图,分析系统是否稳定。 2、画出未校正系统的根轨迹图,分析闭环系统是否稳定。 3、设计系统的串联校正装置,使系统达到下列指标: (1)静态速度误差系数Kv5s-1; (2)相位裕量 40 (3)幅值裕量Kg10dB。 4、给出校正装置的传递函数。 5、分别画出校正前,校正后和校正装置的幅频特性图。计算校正后系统的穿越频率c、相 位裕量 、相角穿越频率g和幅值裕量Kg。 6、分别画出系统校正前、后的开环系
3、统的奈奎斯特图,并进行分析。 7、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响(自由发挥)。 三、设单位负反馈系统的开环传递函数为 )2( 4 )( ss sGk 1、画出未校正系统的根轨迹图,分析系统是否稳定。 2、设计系统的串联校正装置,要求校正后的系统满足指标: 闭环系统主导极点满足n 4rad/s 和0.5。 3、给出校正装置的传递函数。 4、分别画出校正前,校正后和校正装置的幅频特性图。计算校正后系统的穿越频率c、相 位裕量 、相角穿越频率g 和幅值裕量Kg。 5、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图,并进行分析。 2 6、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响(自由发挥)。
4、四、设单位负反馈系统的开环传递函数为 )2)(1( 06.1 )( sss sGk 1、画出未校正系统的根轨迹图,分析系统是否稳定。 2、设计系统的串联校正装置,要求校正后的系统满足指标: (1)静态速度误差系数Kv5s -1; (2)维持原系统的闭环主导极点基本不变。 3、给出校正装置的传递函数。 4、分别画出校正前,校正后和校正装置的幅频特性图。计算校正后系统的穿越频率c、相 位裕量 、相角穿越频率g 和幅值裕量Kg。 5、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图,并进行分析。 6、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响(自由发挥)。 五、单位负反馈随动系统的开环传递函数为 )125
5、.0)(11 .0( )( sss K sGk 1、画出未校正系统的Bode 图,分析系统是否稳定 2、画出未校正系统的根轨迹图,分析闭环系统是否稳定。 3、设计系统的串联校正装置,使系统达到下列指标 (1)静态速度误差系数Kv4s-1; (2)相位裕量 40 (3)幅值裕量Kg12dB。 。 4、给出校正装置的传递函数。 5、分别画出校正前,校正后和校正装置的幅频特性图。计算校正后系统的穿越频率c、相 位裕量 、相角穿越频率g和幅值裕量Kg。 6、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图,并进行分析。 7、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响(自由发挥)。 六、单位负反馈随动系统的开
6、环传递函数为 )101.0)(11 .0( )( sss K sGk 1、画出未校正系统的Bode 图,分析系统是否稳定 2、画出未校正系统的根轨迹图,分析闭环系统是否稳定。 3、设计系统的串联滞后超前校正装置,使系统达到下列指标 (1)静态速度误差系数Kv100s-1; (2)相位裕量 40 (3)幅频特性曲线中穿越频率c20rad/s 。 4、给出校正装置的传递函数。 5、分别画出校正前,校正后和校正装置的幅频特性图。计算校正后系统的穿越频率c、相 位裕量 、相角穿越频率g和幅值裕量Kg。 3 6、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图,并进行分析。 7、应用所学的知识分析校正器对系
7、统性能的影响(自由发挥)。 七、已知串联校正单位负反馈系统的对象和校正装置的传递函数分别为 )5)(1( )( sss K sGp , c c cc ps zs KsG)( 校正装置在零点和极点可取如下数值:(1)75.0 c z,5.7 c p; (2)1 c z, 10cp; (3)5 .1cz,15cp。若保证闭环主导极点满足0.45,试分别 对三种情况设计Kc,并比较它们的闭环极点位置、静态速度误差系数和时间响应快速性。 1、画出未校正系统的根轨迹图,分析系统是否稳定。 2、分别对三种情况设计Kc,使校正后的系统满足指标: 闭环系统主导极点满足0.45。 3、分别画出校正前,校正后和校
8、正装置的幅频特性图和根轨迹示意图。 4、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图,并进行分析。 5、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响(自由发挥)。 八、设单位负反馈随动系统固有部分的传递函数为 )2( 4 )( ss K sGk 1、画出未校正系统的Bode 图,分析系统是否稳定。 2、画出未校正系统的根轨迹图,分析闭环系统是否稳定。 3、设计系统的串联校正装置,使系统达到下列指标: (1)静态速度误差系数Kv20s-1; (2)相位裕量 50 (3)幅值裕量Kg10dB。 4、给出校正装置的传递函数。 5、分别画出校正前,校正后和校正装置的幅频特性图。计算校正后系统的穿越频率c、
9、相 位裕量 、相角穿越频率g和幅值裕量Kg。 6、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图,并进行分析。 7、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响(自由发挥)。 九、设单位负反馈系统的开环传递函数为 )5 .0( 4 )( ss sGk 1、画出未校正系统的根轨迹图,分析系统是否稳定。 2、设计系统的串联校正装置,要求校正后的系统满足指标: (1)静态速度误差系数Kv50s-1; (2)闭环主导极点满足n5rad/s 和0.5。 3、给出校正装置的传递函数。 4、分别画出校正前,校正后和校正装置的幅频特性图。计算校正后系统的穿越频率c、相 4 位裕量 、相角穿越频率g 和幅值裕量Kg。
10、 5、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图,并进行分析。 6、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响(自由发挥)。 自动控制原理课程设计题目(08050541X ) 十、单位负反馈随动系统的开环传递函数为(ksm1) ) 1s001.0)(1s .1.0(s K )s (G0 1、画出未校正系统的Bode 图,分析系统是否稳定 2、画出未校正系统的根轨迹图,分析闭环系统是否稳定。 3、设计系统的校正装置,使系统达到下列指标 (1)在单位斜坡信号作用下,系统的稳态误差0.001 (2)超调量Mp45,幅值定裕度Gm20 。 4、分别画出校正前,校正后和校正装置的幅频特性图。 5、给出校
11、正装置的传递函数。计算校正后系统的剪切频率Wcp 和穿频率 Wcg 。 6、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图,并进行分析。 7、在 SIMULINK中建立系统的仿真模型,在前向通道中分别接入饱和非线性环节和回环非 线性环节,观察分析非线性环节对系统性能的影响。 8、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响(自由发挥)。 十一、设单位反馈随动系统固有部分的传递函数为(ksm2) )20s)(5s)(4s(s )10s(160 )s(G0 1、画出未校正系统的Bode 图,分析系统是否稳定。 2、画出未校正系统的根轨迹图,分析闭环系统是否稳定。 3、设计系统的校正装置,使系统达到下列指
12、标: (1)在单位斜坡信号作用下,系统的稳态误差系数Kv=500 (2)超调量Mp20 ,幅值定裕度Gm30 。 4、分别画出校正前,校正后和校正装置的幅频特性图。 5、给出校正装置的传递函数。计算校正后系统的剪切频率Wcp 和穿频率 Wcg 。 7、在 SIMULINK中建立系统的仿真模型,在前向通道中分别接入饱和非线性环节和回环非 线性环节,观察分析非线性环节对系统性能的影响。 8、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响(自由发挥)。 十二、一个位置随动系统如图所示(ksm3) 5 其中,自整角机、相敏放大 1007. 0 525.1 )( 1 s sG,可控硅功率放大 100167.0
13、 40 )( 2 s sG, 执行电机 19. 00063. 0 98.23 )( 2 3 ss sG,减速器 s sG 1.0 )( 4 。 1、画出未校正系统的Bode 图,分析系统是否稳定。 2、画出未校正系统的根轨迹图,分析闭环系统是否稳定。 3、对系统进行超前-滞后串联校正。要求校正后的系统满足指标: (1)幅值稳定裕度Gm18 ,相角稳定裕度Pm35o (2)系统对 阶跃响应 的超调量Mp20 ,相角稳定裕度Pm45o 4、计算校正后系统的剪切频率Wcp 和穿频率 Wcg。 5、给出校正装置的传递函数。 7、在 SIMULINK中建立系统的仿真模型,在前向通道中分别接入饱和非线性环
14、节和回环非 线性环节,观察分析非线性环节对系统性能的影响。 8、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响(自由发挥)。 十四、 (9 题)教材P320:6-24;6-25;6-26;P309:例 6-7;6-8;6-9;P278:例 6-1; 6-2; 6-3; 十五、单位负反馈随动系统的开环传递函数为(ksm5) )16s)(8s(s 256 ) s(G0 位置随动系统 R(s) G1(s) C(s) G2(s) G3(s) G4(s) 6 1、画出未校正系统的Bode 图,分析系统是否稳定。 2、画出未校正系统的根轨迹图,分析闭环系统是否稳定。 3、对系统进行串联校正。要求校正后的系统满足
15、指标: (1)在单位斜坡信号作用下,系统的稳态误差20 ,相角稳定裕度Pm45o 4、计算校正后系统的剪切频率Wcp 和穿频率 Wcg。 5、给出校正装置的传递函数。 7、在 SIMULINK中建立系统的仿真模型,在前向通道中分别接入饱和非线性环节和回环非 线性环节,观察分析非线性环节对系统性能的影响。 8、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响(自由发挥)。 十六、一个位置随动系统如图所示(ksm6) 其中,自整角机、相敏放大 1007. 0 525.1 )( 1 s sG,可控硅功率放大 100167.0 40 )( 2 s sG, 执行电机 1s007. 0 98.23 ) s(G3,
16、拖动系统 19 .0 1 )( 4 s sG,减速器 s sG 1 .0 )( 5 。 1、画出未校正系统的Bode 图,分析系统是否稳定。 2、对系统进行串联校正,要求校正后的系统满足指标: (1)在单位斜坡信号输入下,系统的速度误差系数Kv=600s -1 (2)相角稳定裕度Pm40o , 幅值稳定裕度Gm15。 (3)系统对阶跃响应的超调量Mp 45o , 幅值稳定裕度Gm12。 (3)系统对阶跃响应的超调量Mp 35o , 幅值稳定裕度Gm12。 (3)超调量Mp40o , 幅值稳定裕度Gm15。 (3)在阶跃信号作用下,系统超调量Mp40o , 幅值稳定裕度Gm13。 (2)在阶跃信
17、号作用下,系统超调量Mp50o ,幅值稳定裕度Gm15。 (3)超调量Mp60o ,幅值稳定裕度Gm20。 (2)超调量Mp80o , 幅值稳定裕度Gm25。 (3)在阶跃信号作用下,系统超调量Mp j。 写出 e z 。 2 1 1 1 e zFz , 1 1111 1 m m Fzf zfz 写出 z 。 2 zFz 1 212 n n f zfz。 确定 m 和 n。 m = u = 0;n = v j +q = 2; 确定 21 f 和 22 f 。 12 2122 f zfz 2 1 11z 21 2f , 22 1f 15 确定 e z 和 z 。 2 1 1 e z , 12 2
18、zzz 确定 (z)。 ( ) ( ) ( )( ) e z D z G zz 1112 211 1 110.3682 3.681 0.718 1 zzzz zz z 11 11 0.543 10.36810.5 10.7181 zz zz 求解( )E z、( )U z、( )C z。并绘制波形进行验证与分析。 ( )( )( ) e E zR zz 1 2 111 2 1 1 1 Tz zTzz z ; ( )( )( )U zE z D z 1 z 11 11 0.543 10.36810.5 10.7181 zz zz 12345 0.540.320.40.120.25zzzzz ;
19、( )( )( )C zR zz 1 12 2 1 2 1 Tz zz z 234 234zzz ; 29、设有限拍系统如图所示, 10 1 G s s s ,采样周期 T=1s,试针对单位速度输入函数设计有限拍无波纹系统, 并画出数字控制器和系统输出波形。 D(z) )(sG )(zG )(z )(tr )(zR)(zY )(zU )(zE )(ty )(te )(sGo)(sGh 解: 该系统为一阶系统,能够跟踪单位速度输入信号。 求(z)。 16 110 1 Ts e G zZ ss s 1 2 10 1 1 zZ ss 1 2 111 10 1 1 zZ sss 1 1 211 1 1
20、1 10 1 11 1 T Tz z ezz z s。 11 11 3.6810.718 110.368 zz G z zz 1 1 10.718 1 z Gz z w =1,v =1 ,j = 1。 对于单位速度信号, q =2,所以, q j。 写出 e z 。 2 1 1 1 e zFz , 1 1111 1 m m Fzf zfz 写出 z 。 1 2 10.718zzFz 1 212 n n f zfz。 确定 m 和 n。 m = w = 1;n = v j +q = 2; 确定 21 f 和 22 f 。 e 1zz 112 2122 10.718zf zf z 2 11 11
21、111zf z 比较同类项的系数: 11 0.592f , 21 1.407f , 22 0.826f 确定 e z 和 z 。 2 1 1 1 e zFz 2 11 11 11zf z 2 11 110.592zz , 1 2 10.718zzFz 112 2122 10.718zf zf z 112 10.7181.4070.826zzz 确定 (z)。 ( ) ( ) ( )( ) e z D z G zz 17 11112 211 11 11 0.36810.7181.4070.826 3.6810.718 110.592 zzzzz zz zz 11 11 0.382 10.3681
22、0.587 110.592 zz zz 求解( )E z、( )U z、( )C z。并绘制波形进行验证与分析。 ( )( )( ) e E zR zz 1 2 111112 2 1 110.59210.5920.592 1 Tz zzTzzzz z ; ( )( )( )U zE z D z 11 10.592zz 11 11 0.382 10.36810.587 110.592 zz zz 12345 0.380.020.100.100.10zzzzz ; ( )( )( )C zR zz 1 112 2 1 10.7181.4070.826 1 Tz zzz z 234 1.40734z
23、zz ; 30、设有限拍系统如图所示,试设计在单位阶跃响应输入作用下,采样周期T=1s 时的有限拍无波纹D(z),并计算输出 响应 y(k),控制信号 u(k)和误差 e(k),画出它们对时间的变化波形。其中: 5 ( ) (1) o Gs s s , 1 ( ) Ts h e Gs s 。 D(z) )(sG )(zG )(z )(tr )(zR)(zY )(zU )(zE )(ty )(te )(sGo)(sGh 解: 115 ( )(1) (1) G zzZ s s s 1 2 5 (1) (1) zZ ss 18 1 2 111 (1) 1 zZ sss 1 1 1211 11 (1)
24、 (1)11 T z zZ zzez 11 1 11 1.84(10.718) (1)(10.368) Ts zz zz 化为标准形式。 1 1 10.718 ( )( ) 1 z G zGz z w = 1,j = 1 , v=1。 输入信号为单位阶跃信号,q = 1,且有 q = j。 写出 ( ) e z 。 11 1 1 ( )(1)(1)( ) vj q ei i za zzF z 1 1 (1)( )zFz 其中, 12 111121 ( )1 m m Fzf zf zfz 写出 ( )z 。 1 2 1 ( )(1)( ) w i i zb zFz 1 2 (10.718)( )
25、zFz 其中, 12 221222 ( ) n n Fzf zfzfz 确定 m、n,最高次数。 1 1 mw nvjq 确定 F1(z)和 F2(z)各项的系数。 1 111 ( )1Fzf z, 1 221 ( )Fzf z 由 ( ) e z =1 ( )z 知: 11 11 (1) (1)zf z 11 21 1(10.718)zf z 1212 111121211(1)10.718fzf zf zf z 19 比较同类项系数,得方程组: 1121 1121 1 0.718 ff ff 得 11 0.418f , 21 0.582f 。 将 F1(z)和 F2(z)代入可求得 ( )z
26、 、 ( ) e z 。 11 11 (1) (1) e zf z 11 (1) (10.418)zz 11 21 ( )(10.718)zzf z 11 0.582(10.718)zz 求 D(z)。 ( ) ( ) ( )( ) e z D z G zz 1111 1111 0.582(10.718)(1)(10.368) 1.84(10.718)(1) (10.418) zzzz zzzz 1 1 0.316(10.368) 10.418 z z 求解 ( )E z 、 ( )U z 、 ( )C z 。并绘制波形进行验证与分析。 ( )( )( )C zR zz 1 1 1z 11 0
27、.582(1 0.718)zz 123 0.5820.99990.9999zzz ( )( )( ) e E zR zz 11 1 1 (1) (1 0.418) 1 zz z 1 10.418z 该系统是 2 拍系统。 ( )( )( )U zE z D z 1 1 1 0.316(10.368) (10.418) 10.418 z z z 1 0.316(10.368)z 1 0.3160.116z 绘制波形: 20 kc(k) ke(k) ku(k) ( )c k k O 0.5 1.0 1234 ( )e k k O 0.5 1.0 12 3 4 ( )u k k O 0.5 123
28、31、 设有限拍系统如图所示,试设计在单位速度输入作用下,采样周期 T=1s 时的有限拍无波纹D(z),并计算输出响应 y(k),控制信号 u(k)和误差 e(k),画出它们对时间的变化波形。其中: 5 ( ) (1) o Gs s s , 1 ( ) Ts h e Gs s 。 D(z) )(sG )(zG )(z )(tr )(zR)(zY )(zU )(zE )(ty )(te )(sGo)(sGh 解: 115 ( )(1) (1) G zzZ s s s 1 2 5 (1) (1) zZ ss 1 2 111 (1) 1 zZ sss 1 1 1211 11 (1) (1)11 T
29、z zZ zzez 11 1 11 1.84(10.718) (1)(10.368) Ts zz zz 化为标准形式。 1 1 10.718 ( )( ) 1 z G zG z z w = 1,j = 1 , v=1。 21 输入信号为单位速度信号,q = 2,且有 q j。 写出 ( ) e z 。 11 1 1 ( )(1)(1)( ) vj q ei i za zzFz 12 1 (1)( )zFz 其中, 12 111121 ( )1 m m F zf zf zfz 写出 ( )z 。 1 2 1 ( )(1)( ) w i i zb zFz 1 2 (10.718)( )zFz 其中
30、, 12 221222 ( ) n n Fzf zfzfz 确定 m、n,最高次数。 1 2 mw nvjq 确定 F1(z)和 F2(z)各项的系数。 1 111 ( )1Fzf z, 12 22122 ( )Fzfzfz 由( ) e z=1 ( )z 知: 121 11 (1)(1)zf z 112 2122 1(10.718) ()zfzfz 123123 11111121212222 1(2)(12)1(0.718)0.718fzfzf zf zffzfz 比较同类项系数,得方程组: 1121 112122 1122 2 12(0.718) 0.718 ff fff ff 得 11
31、0.593f , 21 1.407f , 22 0.826f 。 将 F1(z)和 F2(z)代入可求得 ( )z 、 ( ) e z 。 121 11 (1)(1) e zf z 121 (1)(10.593)zz 22 112 2122 ( )(10.718) ()zzf zfz 112 (10.718) (1.4070.826)zzz 求 D(z)。 ( ) ( ) ( )( ) e z D z G zz 11211 11121 (10.718) (1.4070.826) (1)(10.368) 1.84(10.718)(1)(10.593) zzzzz zzzz 11 11 (1.40
32、70.826)(10.368) 1.84(1)(10.593) zz zz 11 11 0.765(10.587)(10.368) (1)(10.593) zz zz 求解 ( )E z 、 ( )U z 、 ( )C z 。并绘制波形进行验证与分析。 ( )( )( )C zR zz 1 12 (1) z z 112 (10.718) (1.4070.826)zzz 234 12 1.4070.1840.593 12 zzz zz 2345 1.4072.9983.9964.994zzzz ( )( )( ) e E zR zz 1 121 12 (1)(10.593) (1) z zz z
33、 12 0.593zz 该系统是 3拍系统。 ( )( )( )U zE z D z 11 12 11 0.765(10.587)(10.368) (0.593) (1)(10.593) zz zz zz 111 1 0.765(10.587)(10.368) 1 zzz z 23 1234 0.765(0.0450.2610.261)zzzz 1234 0.7650.0340.2000.200zzzz 32、自选课题 说明: 1、题目分配 2、做同一个题目的学生,所采用的设计方法或参数不能完全相同。 3、设计报告要写出详细的设计步骤,每步设计时用到的理论依据和结果,要求有仿真分析 和验证。 4、实验报告要按照题目要求的顺序书写(手写、打印均可)。实验报告要求列出参考资料的 名称,五篇以上。 5、课程设计过程中的遇到的问题及解决的方法; 6、课程设计心得体会 7 全面总结课程设计中自己所做的工作、心得体会,提出改进意见。 8、时间安排:2014 年 12 月 21 日 2014 年 12 月 27 日。
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