武汉理工大自动化专业高阶系统设计：Matlab仿真与性能分析

高阶系统分析与设计是一门结合自动控制原理与Matlab技术的课程，旨在通过实践项目提升学生的系统分析和设计能力。在这个课程设计中，学生王瑞的专业班级为自动化0506班，由指导教师陈启宏教授于武汉理工大学进行。主要任务围绕高阶系统的特性展开： 1. **系统稳定性分析**：学生需判断三个命题，a)关于系统稳定的正确性，通常低阶系统可以通过K<0确保稳定性，但高阶系统情况复杂，可能需要更深入的系统函数分析；b)可能存在特定的K值导致系统产生振荡，需要计算振荡频率范围，这涉及到系统动态特性的研究；c)当|K|>10时系统不稳定，这涉及根轨迹分析，表明系统增益超过一定阈值可能导致不稳定。 2. **根轨迹分析**：学生需手工绘制根轨迹，理解其基本步骤和参数计算方法，并利用Matlab工具进行数值模拟，以直观展示系统闭环传递函数中根的分布。 3. **频域分析**：针对K=-10的情况，学生需要计算开环截止频率、相位裕度和幅值裕度，这些参数反映了系统在不同频率下的动态响应特性。 4. **Bode图与Nyquist图**：绘制Bode图可以显示系统频率响应的幅度和相位变化，而Nyquist图则用于评估系统稳定性，如穿越-1+j0轴的次数决定稳定性。 5. **稳态误差分析**：当输入为单位斜坡信号，扰动为单位阶跃信号时，学生需计算稳态误差，这是衡量系统稳态性能的关键指标。 6. **课程设计报告**：最后，学生需撰写详尽的课程设计报告，总结整个设计过程，包括理论分析、实验数据、结果解释和结论等内容。 时间安排合理，确保了从课题理解、理论学习到实践操作的全面覆盖。整个设计项目强调了理论与实践的结合，通过自动控制原理的学习和Matlab软件的应用，加深了学生对高阶系统动态行为的理解和掌握。通过本课程设计，学生将能够评估、优化和控制复杂系统的性能，为实际工程应用打下坚实的基础。关键词包括高阶系统、时域分析、频域分析、根轨迹、Bode图、Nyquist图和稳态误差。