摘 要

生活中自动控制技术无处不在，它涉及工业、农业及服务业等众多行业，它是指在没人参与的情况下通过人为后加一个装置然后使得系统按照预期程序运行^[1]。完整的系统主要由控制器和被控对象两部分组成，随着系统复杂性的提高，单单靠调节被控对象是不足以满足系统要求的，因此我们加入校正装置用来改善系统性能。根据校正装置在系统中位置不同分为串联矫正、反馈矫正和复合校正，串联矫正又分为串联超前矫正、串联滞后超前校正以及滞后超前校正，本课题主要分析串联超前矫正，它利用矫正网络提供的超前正向角来增加系统的相角裕量。要想实现这样的实验模拟必须用到MATLAB开发平台，利用MATLAB分析系统校正前后性能以及改善的原因。通过系统校正前后对比，校正后系统暂态性能和稳态性能都得到提高，MATLAB是目前最实用的应用软件之一，它的强大数据分析功能大大提高我们工作效率，SIMULINK也使我们对于抽象的系统有了直观感性的认识。通过本次课题实现了MATLAB同自动控制原理的充分结合，为以后的课题研究打下基础。

关键词： 自动控制； MATLAB； 矫正； 实验模拟；

Automatic control principle correction link experimental simulation

ABSTRACT

In life, automatic control technology is everywhere.Automatic control involves many fields such as industry, agriculture, and service industries. It means that the system is operated in accordance with expected procedures by adding a device artificially without participation.The complete system is mainly composed of two parts: the controller and the controlled object. With the increase of the complexity of the system, the adjustment of the controlled object alone is not enough to meet the system requirements. Therefore, we add a correction device to improve the system performance.The correction device is divided into series correction, feedback correction and compound correction, series correction is divided into series advance correction, series lag advance correction and lag advance correction. This topic mainly analyzes series advance correction. It uses the forward forward angle provided by the correction network to increase the phase angle margin of the system.To achieve such experimental simulation, MATLAB development platform must be used to use the MATLAB analysis system to correct the performance before and after and why the improvement.After the system correction, the transient performance and steady-state performance of the system have been improved. MATLAB is one of the most practical applications at present. Its powerful data analysis function greatly improves our working efficiency. SIMULINK also gives us an intuitive understanding of abstract systems.Through this project, MATLAB is fully integrated with the principle of automatic control, so as to lay the foundation for future research.

Key words: Automatic control; MATLAB; Correction; Experimental simulation;

目 录

摘 要 I

Abstract II

目录 Ⅲ

1 绪论 1

1.1 课题研究的目的和意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 研究方案 2

2 火炮指挥仪伺服系统设计的要求和分析 5

2.1 系统要求 5

2.2 分析系统条件 5

3 校正前指挥仪伺服系统设计 9

3.1 校正前指挥仪伺服系统伯德图分析 9

3.2 校正前指挥仪伺服系统奈奎斯特曲线分析 11

3.3 校正前指挥仪伺服系统根轨迹分析 13

3.4 校正后指挥仪伺服系统单位脉冲响应 16

3.5 校正后指挥仪伺服系统单位阶跃响应 18

4 设计火炮指挥仪伺服系统校正装置 22

5 校正前后指挥仪伺服系统的分析 26

5.1 校正前后指挥仪伺服系统伯德图分析 26

5.2 校正前后指挥仪伺服系统奈奎斯特曲线分析 28

5.3 校正前后指挥仪伺服系统根轨迹分析 31

5.4 矫正前后指挥仪伺服系统单位脉冲响应 33

5.5 矫正前后指挥仪伺服系统单位阶跃响应 35

总 结 39

致 谢 41

参考文献 42

绪 论

1.1 课题的研究目的和意义

当今社会的飞速发展使得人们对系统要求变得更加苛刻，越来越高的要求导致系统的复杂性也越来越高^[2]。因此，根据用户的要求来设计系统具有重要意义，本次课题主要通过火炮指挥仪伺服系统案例研究串联矫正，串联矫正包括串联超前校正、串联滞后校正和串联滞后超前校正。当一个系统稳定时候，判断一个系统的优劣则是从系统的暂态和稳态出发，分析系统性能也可以从时域分析、频域分析和根轨迹分析入手^[3]。时域分析法就是在时间域内研究系统性能，其实根据定义对系统的微分方程进行拉式变换得到响应表达式和曲线，最后分析系统动态性能和稳态性能两个方面。通过对本课题的研究，利用MATLAB开发平台对系统进行程序设计并仿真，将之前学习的理论知识应用到具体分析系统实例上。

传统的研究法要求设计者自己手动作图并求解相关参数，这就要求我们从伯德图中获取大量信息，其精确度往往不够而且计算过程繁琐需要良好的数学能力，MATLAB把我们从繁琐的计算中解放出来。通过本次课题的研究通过分析复杂系统和预期的性能指标之间的关系选择合理的校正装置，用不同的分析方法对已知的系统进行性能分析，以达到预期效果，熟练掌握MATLAB程序编写培养学生MATLAB的使用，能够对系统时域性能指标、频域性能指标进行求解。掌握MATLAB中SIMULINK仿真系统的搭建以及设计相关控制系统进行仿真，并学会校验系统是否达到预期要求。最终通过直观改变系统频率特性形状来调节系统性能，简化了传统分析方法繁琐步骤，对系统研究的发展具有极大意义^[4]。