自动控制原理课程设计：系统校正与性能指标

"设计的任务是分析和改进一个给定的自动控制系统，以满足特定的性能指标，如静态速度误差系数、截止频率和相角裕度。设计要求包括系统性能分析、校正方式选择、绘制Bode图和根轨迹图，以及使用Matlab或Simulink进行仿真和比较校正前后的单位阶跃响应。" 在自动控制原理中，课程设计是一个重要的实践环节，它让学生将理论知识应用于实际问题，提升分析和解决问题的能力。设计题目通常涉及设计一个校正装置，以改善系统的动态和稳态性能。例如，给定一个单位反馈系统的开环传递函数，并要求设计一个校正装置，使得系统具有特定的性能指标，如静态速度误差系数不小于250/s，截止频率不低于30rad/s，以及相角裕度至少为45度。 设计步骤主要包括以下几个方面： 1. **系统分析**：首先，需要分析原系统的性能，绘制Bode图以了解系统的频率响应特性，同时计算截止频率和相角裕度等关键参数。这可以通过Matlab中的`bode`函数和`margin`函数实现。 2. **校正方式选择**：基于系统分析结果，判断需要采用何种类型的校正（如比例、比例积分、比例微分等），以达到期望的性能指标。 3. **校正装置设计**：确定校正方式后，计算校正装置的数学模型，确保它能有效改善系统性能。 4. **校正装置的频域分析**：绘制校正装置和校正后系统的Bode图，观察增益和相位的变化，以验证是否满足设计要求。 5. **仿真验证**：使用Matlab或Simulink对校正前后的系统进行仿真，画出单位阶跃响应曲线，直观比较系统的动态行为。 6. **性能评估**：根据仿真结果评估系统的性能，如上升时间、超调量、稳定时间等，确认是否达到预设的性能指标。 这个过程不仅锻炼了学生对自动控制原理的理解，还提升了他们在实际工程问题中应用理论知识的能力。通过这样的课程设计，学生能够更好地理解和掌握控制系统的设计和校正方法，以及如何利用现代工具进行系统分析和优化。