1、邢臺(tái)學(xué)院物理系自動(dòng)控制理論課程設(shè)計(jì)報(bào)告書 設(shè)計(jì)題目:根軌跡法分析典型二階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能 專 業(yè): 自動(dòng)化 班 級(jí): 學(xué)生姓名: 學(xué) 號(hào): 指導(dǎo)教師: 2013 年 3 月 24 日 邢臺(tái)學(xué)院物理系課程設(shè)計(jì)任務(wù)書專業(yè)： 自動(dòng)化 班級(jí)： 學(xué)生姓名學(xué)號(hào)課程名稱自動(dòng)控制理論設(shè)計(jì)題目根軌跡法分析典型二階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能設(shè)計(jì)目的、主要內(nèi)容（參數(shù)、方法）及要求本次課程設(shè)計(jì)以典型二階系統(tǒng)為例，用根軌跡法分析該系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間，振蕩頻率，無(wú)阻尼自然振蕩頻率，超調(diào)量等動(dòng)態(tài)性能。工作量2周進(jìn)度安排3月11日3月14日：確定自己需要研究的課題，針對(duì)需要查找資料。3月15日3月18日：將搜集到的資料進(jìn)行整理，簡(jiǎn)單的寫出設(shè)計(jì)

2、大綱。3月19日3月22日：下載任務(wù)書模板，填寫內(nèi)容逐步完成設(shè)計(jì)。3月23日3月24日：瀏覽任務(wù)書，進(jìn)行自我完善。主要參考資料1 謝紅衛(wèi). 現(xiàn)代控制系統(tǒng). 高等教育出版社，20072 胡壽松. 自動(dòng)控制原理. 科學(xué)出版社，20073 黃忠霖. 自動(dòng)控制原理的MATLAB實(shí)現(xiàn). 國(guó)防工業(yè)出版社,20074 黃堅(jiān). 自動(dòng)控制理論及其應(yīng)用. 科學(xué)出版社，2007指導(dǎo)教師簽字系主任簽字 2013年 3 月 24 日摘 要由時(shí)域分析法可知，系統(tǒng)的輸出響應(yīng)很大程度上取決于其閉環(huán)特征方程式的根（特征根），也即閉環(huán)傳遞函數(shù)的極點(diǎn)。當(dāng)系統(tǒng)的某個(gè)參數(shù)變化時(shí)，特征方程跟隨之在s平面上移動(dòng)，系統(tǒng)的性能也跟著變化。這樣

3、，可以根據(jù)特征根在s 平面上的位置來(lái)分析系統(tǒng)的性能，也可以依據(jù)對(duì)系統(tǒng)性能的要求來(lái)確定根的位置，據(jù)此確定系統(tǒng)的參數(shù)。研究s平面上根的位置隨參數(shù)變化的規(guī)律及其與系統(tǒng)性能的關(guān)系就是根軌跡分析法的主要內(nèi)容。根軌跡分析法是一種適合于高階系統(tǒng)的圖解分析方法。該方法簡(jiǎn)單，實(shí)用，既適合于線性定常連續(xù)系統(tǒng)，也適合于線性定常離散系統(tǒng)，是經(jīng)典控制理論的基本方法之一。本次課程設(shè)計(jì)以典型二階系統(tǒng)為例，用根軌跡法分析該系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間，振蕩頻率，無(wú)阻尼自然振蕩頻率，超調(diào)量等動(dòng)態(tài)性能。關(guān)鍵詞：典型二階系統(tǒng) 根軌跡法目 錄課程設(shè)計(jì)報(bào)告書0邢臺(tái)學(xué)院物理系課程設(shè)計(jì)任務(wù)書1摘 要11 根軌跡的基本概念11.1 根軌跡11.2 根軌跡

4、方程22 根軌跡的基本特征及作圖方法2 2.1 根軌跡的對(duì)稱性和分支數(shù)22.2 根軌跡的起點(diǎn)和終點(diǎn)32.3 實(shí)軸上的根軌跡段32.4 根軌跡的漸近線32.5 根軌跡的分離點(diǎn)和會(huì)合點(diǎn)32.6 根軌跡的出射角和入射角32.7 根軌跡與虛軸的交點(diǎn)43、用根軌跡法分析二階系統(tǒng)性能43.1 閉環(huán)極點(diǎn)的位置與系統(tǒng)性能的關(guān)系43.2 用跟軌跡法分析典型二階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能54、例題分析75、總結(jié)體會(huì)8參 考 文 獻(xiàn)91 根軌跡的基本概念1.1 根軌跡 設(shè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖41 所示。其中，Kr為零、極點(diǎn)形式下開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)的放大系數(shù)，也稱為根軌跡增益。系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為 (1-1)閉環(huán)特征方程式為 (1-2)特征

5、根為 (1-3)改變Kr的值，求得相應(yīng)的閉環(huán)特征根值，并列表如下。同時(shí)，在s平面上繪制出閉環(huán)根隨Kr值變化的軌跡如圖42所示。 圖中，“X”表示開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)的極點(diǎn)；箭頭的指向表示Kr增大時(shí)根的移動(dòng)方向。由圖可見(jiàn)，當(dāng)參數(shù)Kr由零變到無(wú)窮大時(shí)，閉環(huán)根的位置隨之而變，系統(tǒng)的性能也不相同?？偨Y(jié)它們之間的關(guān)系，結(jié)合第三章中關(guān)于高階系統(tǒng)的分析一節(jié)，可得出以下幾點(diǎn)：（1）位于s左半平面上的特征根實(shí)部為負(fù)，對(duì)應(yīng)著穩(wěn)定極點(diǎn)；位于s右半平面上的根實(shí)部為正，對(duì)應(yīng)著不穩(wěn)定極點(diǎn)；位于虛軸上的根實(shí)部為零，對(duì)應(yīng)著臨界極點(diǎn)。（2）0Kr1 時(shí)，系統(tǒng)有兩個(gè)不相等的實(shí)數(shù)根，呈過(guò)阻尼狀態(tài)。（3）當(dāng)Kr=1 時(shí)，特征根為兩個(gè)相等的實(shí)

6、數(shù)根，系統(tǒng)呈臨界阻尼狀態(tài)。（4）1Krx90)良好(90x80)中等(80x70)及格(70x60)不及格(x60)評(píng)分參考標(biāo)準(zhǔn)參考標(biāo)準(zhǔn)參考標(biāo)準(zhǔn)參考標(biāo)準(zhǔn)參考標(biāo)準(zhǔn)平時(shí)考核20學(xué)習(xí)態(tài)度認(rèn)真，科學(xué)作風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn)，嚴(yán)格保證設(shè)計(jì)時(shí)間并按任務(wù)書中規(guī)定的進(jìn)度開(kāi)展各項(xiàng)工作。學(xué)習(xí)態(tài)度比較認(rèn)真，科學(xué)作風(fēng)良好，能按期圓滿完成任務(wù)書規(guī)定的任務(wù)。學(xué)習(xí)態(tài)度尚好，遵守組織紀(jì)律，基本保證設(shè)計(jì)時(shí)間，按期完成各項(xiàng)工作。學(xué)習(xí)態(tài)度尚可，能遵守組織紀(jì)律，能按期完成任務(wù)。學(xué)習(xí)馬虎，紀(jì)律渙散，工作作風(fēng)不嚴(yán)謹(jǐn),不能保證設(shè)計(jì)時(shí)間和進(jìn)度。課程設(shè)計(jì)報(bào)告報(bào)告內(nèi)容組織書寫20結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，邏輯性強(qiáng)，層次清晰，語(yǔ)言準(zhǔn)確，文字流暢，完全符合規(guī)范化要求，書寫工整或用

7、計(jì)算機(jī)打印成文；圖紙非常工整、清晰。結(jié)構(gòu)合理，符合邏輯，文章層次分明，語(yǔ)言準(zhǔn)確，文字流暢，符合規(guī)范化要求，書寫工整或用計(jì)算機(jī)打印成文；圖紙工整、清晰。結(jié)構(gòu)合理，層次較為分明，文理通順，基本達(dá)到規(guī)范化要求，書寫比較工整；圖紙比較工整、清晰。結(jié)構(gòu)基本合理，邏輯基本清楚，文字尚通順，勉強(qiáng)達(dá)到規(guī)范化要求；圖紙比較工整。內(nèi)容空泛，結(jié)構(gòu)混亂，文字表達(dá)不清，錯(cuò)別字較多，達(dá)不到規(guī)范化要求；圖紙不工整或不清晰。技術(shù)水平20設(shè)計(jì)合理、理論分析與計(jì)算正確，文獻(xiàn)查閱能力強(qiáng)、引用合理、調(diào)查調(diào)研非常合理、可信。設(shè)計(jì)合理、理論分析與計(jì)算正確，文獻(xiàn)引用、調(diào)查調(diào)研比較合理、可信。設(shè)計(jì)合理，理論分析與計(jì)算基本正確，主要文獻(xiàn)引用、調(diào)查調(diào)研比較可信。設(shè)計(jì)基本合理，理論分析與計(jì)算無(wú)大錯(cuò)。設(shè)計(jì)不合理，理論分析與計(jì)算有原則錯(cuò)誤，文獻(xiàn)引用、調(diào)查調(diào)研有較大的問(wèn)題。創(chuàng)新10有重大改進(jìn)或獨(dú)特見(jiàn)解，有一定實(shí)用價(jià)值有較大改進(jìn)或新穎的見(jiàn)解，實(shí)用性尚可有一定改進(jìn)或新的見(jiàn)解有一定見(jiàn)解觀念陳舊上機(jī)操作30實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，有很強(qiáng)的實(shí)際動(dòng)手能