一、单位负反馈随动系统的开环传递函数为
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Kv≥100s-1;
(2)相位裕量γ≥30°
(3)幅频特性曲线中穿越频率ωc≥45rad/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ωc、相位裕量γ、相角穿越频率ωg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)。
二、设单位负反馈随动系统固有部分的传递函数为
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Kv≥5s-1;
(2)相位裕量γ≥40°
(3)幅值裕量Kg≥10dB。
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ωc、相位裕量γ、相角穿越频率ωg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)。
三、设单位负反馈系统的开环传递函数为
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ωn=4rad/s和ξ=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ωc、相位裕量γ、相角穿越频率ωg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)。
四、设单位负反馈系统的开环传递函数为
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Kv=5s-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ωc、相位裕量γ、相角穿越频率ωg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
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Kv≥4s-1;
(2)相位裕量γ≥40°
(3)幅值裕量Kg≥12dB。
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ωc、相位裕量γ、相角穿越频率ωg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环传递函数为
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Kv≥100s-1;
(2)相位裕量γ≥40°
(3)幅频特性曲线中穿越频率ωc=20rad/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ωc、相位裕量γ、相角穿越频率ωg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)。
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
,
校正装置在零点和极点可取如下数值:(1),;(2),;(3),。若保证闭环主导极点满足ξ=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ξ=0.45。
3、分别画出校正前,校正后和校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
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Kv=20s-1;
(2)相位裕量γ≥50°
(3)幅值裕量Kg≥10dB。
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ωc、相位裕量γ、相角穿越频率ωg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
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Kv=50s-1;
(2)闭环主导极点满足ωn=5rad/s和ξ=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ωc、相位裕量γ、相角穿越频率ωg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)。
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)
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Mp<30%,调节时间Ts<0.05秒。
(3)相角稳定裕度在Pm>45°,幅值定裕度Gm>20。
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。
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)
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,系统的稳态误差系数Kv=500
(2)超调量Mp<55%,调节时间Ts<0.5秒。
(3)相角稳定裕度在Pm>20°,幅值定裕度Gm>30。
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)
其中,自整角机、相敏放大,可控硅功率放大,执行电机,减速器。
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Gm>18,相角稳定裕度Pm>35o
(2)系统对阶跃响应的超调量Mp<36%,调节时间Ts<0.3秒。
(3)系统的跟踪误差Es<0.002。
4、计算校正后系统的剪切频率Wcp和??穿频率Wcs
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)。
十三、单位负反馈随动系统的开环传递函数为(ksm4)
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、设计一个调节器进行串联校正。要求校正后的系统满足指标:
(1)在单位斜坡信号作用下,系统的稳态误差<0.01
(2)超调量Mp<15%,调节时间Ts<3秒
(3)幅值稳定裕度Gm>20,相角稳定裕度Pm>45o
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)
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指标:
(1)在单位斜坡信号作用下,系统的稳态误差<10%
(2)超调量Mp<20%,调节时间Ts<0.6秒。
(3)幅值稳定裕度Gm>20,相角稳定裕度Pm>45o
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,可控硅功率放大,执行电机,拖动系统,减速器。
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Pm>40o,幅值稳定裕度Gm>15。
(3)系统对阶跃响应的超调量Mp<35%
3、计算校正后系统的剪切频率Wcp和??穿频率Wcg。
4、给出校正装置的传递函数。
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。
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)。
十七、设单位反馈系统被控对象的传递函数为(ksm7)
1、画出未校正系统的根轨迹图,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=10。
(2)相角稳定裕度Pm>45o,幅值稳定裕度Gm>12。
(3)系统对阶跃响应的超调量Mp<25%,系统的调节时间Ts<15s
3、分别画出校正前,校正后和校正装置的幅频特性图。
4、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。
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。
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)。
十八、设单位反馈系统被控对象的开环传递函数为(ksm8)
1、画出未校正系统的根轨迹图,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)静态速度误差系数Kv=30
(2)相角稳定裕度Pm>35o,幅值稳定裕度Gm>12。
(3)超调量Mp<25%,调节时间Ts<7秒。
3、分别画出校正前,校正后和校正装置的幅频特性图。
4、给出校正装置的传递函数。
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。
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)。
十九、设单位反馈系统的开环传递函数为(ksm9)
1、画出未校正系统的根轨迹图,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)在单位斜坡输入下,稳态速度误差<1%(静态速度误差系数Kv=100)。
(2)相角稳定裕度Pm>40o,幅值稳定裕度Gm>15。
(3)在阶跃信号作用下,系统超调量Mp<30%,调节时间Ts<1秒。
3、分别画出校正前,校正后和校正装置的幅频特性图。
4、给出校正装置的传递函数。
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、分别画出系统校正前、后的的根轨迹图。
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)。
二十、晶闸管-直流电机调速系统如图所示(ksm10)
1、画出未校正系统的根轨迹图,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)相角稳定裕度Pm>40o,幅值稳定裕度Gm>13。
(2)在阶跃信号作用下,系统超调量Mp<25%,调节时间Ts<0.15秒。
3、分别画出校正前,校正后和校正装置的幅频特性图。
4、给出校正装置的传递函数。
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、分别画出系统校正前、后的的根轨迹图。
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)。
、设单位反馈系统被控对象的开环传递函数为(ksm11)
1、画出未校正系统的根轨迹图,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)静态速度误差系数Kv=10
(2)相角稳定裕度Pm>50o,幅值稳定裕度Gm>15。
(3)超调量Mp<15%,调节时间Ts<5秒。
3、分别画出校正前,校正后和校正装置的幅频特性图。
4、给出校正装置的传递函数。
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、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。
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)。
二十二、设控制系统的结构如图所示(ksm12)
1、画出未校正系统的根轨迹图,分析系统是否稳定。
2、设计系统的反馈校正器H(s),要求校正后的系统满足指标:
(1)相角稳定裕度Pm>60o,幅值稳定裕度Gm>20。
(2)超调量Mp<20%,调节时间Ts<0.7秒。
3、分别画出校正前,校正后和校正装置的幅频特性图。
4、给出校正装置的传递函数。
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、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。
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)。
二十三、设单位反馈系统的开环传递函数为
1、画出未校正系统的根轨迹图,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)在单位斜坡输入下,稳态速度误差<1%。
(2)相角稳定裕度Pm>80o,幅值稳定裕度Gm>25。
(3)在阶跃信号作用下,系统超调量Mp<15%,调节时间Ts<0.5
4、给出校正装置的传递函数。
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、分别画出系统校正前、后的的根轨迹图。
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)。
24、.已知广义被控对象:,给定T=1s
针对单位斜坡输入设计最小拍有纹波控制系统。
解:由已知条件,被控对象含有一个积分环节,有能力产生单位斜坡响应。求广义对象脉冲传递函数为
可以看出,G(z)的零点为-0.718(单位圆内)、极点为1(单位圆上)、0.368(单位圆内),故u=0,v=0(单位圆上除外),m=1。根据稳定性要求,G(z)中z=1的极点应包含在Φe(z)的零点中,由于系统针对等速输入进行设计,故p=2。为满足准确性条件另有Φe(z)=(1-z-1)2F1(z),显然准确性条件中已满足了稳定性要求,于是可设
解得。
闭环脉冲传递函数为
则
25、.计算机控制系统如图所示,对象的传递函数,采样周期T=0.5s,系统输入为单位速度函数,试设计有限拍调节器D(z).
解:
由于r(t)=t,查表得
求得的控制器的脉冲传递函数
3.已知某连续控制器的传递函数为
试用双线性变换法求出相应的数字控制器的脉冲传递函数D(z),
并给出控制器的差分形式。其中T=1s。
解:令
控制器的差分形式为
26、单位速度反馈线性离散系统如图所示,设被控对象的传递函数为,采样周期T=0.1s,试设计单位速度输入时最少拍系统的数字控制器D(z)。
答:⑴求G(z)。
=
=
将T=0.1s代入上式,得
∵是单位速度输入,所以选择
∴数字控制器为
=
27、计算机控制系统如下图所示,设被控对象的传递函数,
零阶保持器已知:,试针对等速输入函数设计快速有纹波系统,求数字控制器的脉冲传递函数D(z)。
解:
将展开得
代入T=Tm=0.025s
可以看出,G(z)的零点为-0.71(单位圆内)、极点为1(单位圆上)、0.368(单位圆内),故u=0,v=1,m=1.根据稳定性要求,G(z)中z=1的极点应包含在的零点中,由于系统针对等速输入进行设计,q=2。为满足准确性条件,另有,显然准确性条件中已满足了稳定性要求,于是有
解得
闭环脉冲传递函数
这就是计算要实现的数字控制器的脉冲传递函数。
6. 已知某加热炉温度计算机控制系统的过渡过程曲线如下图所示,其中,τ=30,Tg=180s,T=10s。试求PID控制算法的参数,并求其差分方程。
解:
R=1/Tg=180,Rτ=1/180×30=1/6。
查表,得:
Kp=1.2/Rτ=7.2。
Ti=2τ=60s。
Td=0.5τ=15s。
28、 设有限拍系统如图所示,,采样周期T=1s,试针对单位速度输入函数设计有限拍有波纹系统,并画出数字控制器和系统输出波形。
解:
①该系统为一阶系统,能够跟踪单位速度输入信号。
②求G(z)。
==
=
∵ T=1s。
∴ =
j=1,u=0,v=1。
③ 对于单位速度信号,q=2,所以,q>j。
④ 写出。
,
⑤ 写出。
=。
⑥ 确定m和n。
m=u=0;n=v–j+q=2;
⑦ 确定和。
= → ,
⑧ 确定和。
,
⑨ 确定D(z)。
=
=
⑩ 求解、、。并绘制波形进行验证与分析。
=;
=×
=;
=
=;
29、设有限拍系统如图所示,,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。
解:
①该系统为一阶系统,能够跟踪单位速度输入信号。
②求G(z)。
==
=
∵ T=1s。
∴ =
w=1,v=1,j=1。
③ 对于单位速度信号,q=2,所以,q>j。
④ 写出。
,
⑤ 写出。
=。
⑥ 确定m和n。
m=w=1;n=v–j+q=2;
⑦ 确定和。
∵
∴ = 比较同类项的系数:
→ ,,
⑧ 确定和。
==,
=
=
⑨ 确定D(z)。
=
=
⑩ 求解、、。并绘制波形进行验证与分析。
=
;
=×
=;
=
=;
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:
,。
解: ①
②化为标准形式。
∴w=1,j=1,v=1。
③∵输入信号为单位阶跃信号,∴q=1,且有q=j。
④写出。
其中,
⑤写出。
其中,
⑥确定m、n,最高次数。
⑦确定F1(z)和F2(z)各项的系数。
,
由=知:
=
∴
∴比较同类项系数,得方程组:
得,。
⑧将F1(z)和F2(z)代入可求得、。
⑨求D(z)。
⑩求解、、。并绘制波形进行验证与分析。
ⅰ
ⅱ
∴该系统是2拍系统。
ⅲ
绘制波形:
k——c(k)k——e(k)k——u(k)
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:
,。
解:
①
②化为标准形式。
∴w=1,j=1,v=1。
③∵输入信号为单位速度信号,∴q=2,且有q>j。
④写出。
其中,
⑤写出。
其中,
⑥确定m、n,最高次数。
⑦确定F1(z)和F2(z)各项的系数。
,
由=知:
=
∴
∴比较同类项系数,得方程组:
得,,。
⑧将F1(z)和F2(z)代入可求得、。
⑨求D(z)。
⑩求解、、。并绘制波形进行验证与分析。
ⅰ
ⅱ
∴该系统是3拍系统。
ⅲ
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。下载本文