自控課程設(shè)計--直流電機(jī)速度控制系統(tǒng)校正裝置設(shè)計

1、<p>　　自動控制原理課程設(shè)計</p><p>　　題目 直流電機(jī)速度控制系統(tǒng)校正裝置設(shè)計</p><p>　　專 業(yè) 電氣工程及其自動化 </p><p>　　姓 名 </p><p>　　班 級 學(xué) 號 </p><p>　　指導(dǎo)教師

2、 職 稱 副教授 </p><p><b>　　一、設(shè)計題目</b></p><p>　　某直流電機(jī)速度控制系統(tǒng)校正裝置設(shè)計</p><p>　　設(shè)單位反饋的某直流電機(jī)速度控制系統(tǒng)看，其開環(huán)傳遞函數(shù)為： ，要求系統(tǒng)滿足性能指標(biāo)：靜態(tài)速度誤差常數(shù)≥4，相位裕度，超調(diào)量M ％≦30％，用頻率法校正裝置。</p><p&g

3、t;<b>　　二、設(shè)計目的</b></p><p>　　通過課程設(shè)計，在掌握自動控制理論基本原理，一般電學(xué)系統(tǒng)自動控制方法的基礎(chǔ)上，用MATLAB實現(xiàn)系統(tǒng)的仿真與調(diào)試。</p><p><b>　　三、設(shè)計要求</b></p><p>　　收集和查閱有關(guān)技術(shù)資料，獨立完成所承擔(dān)的設(shè)計課題的全部內(nèi)容，初步掌握設(shè)計原則、設(shè)計

4、方法、設(shè)計步驟和設(shè)計規(guī)范的應(yīng)用；對工程設(shè)計方案進(jìn)行選擇和分析；繪制設(shè)計圖；撰寫說明書。</p><p><b>　　具體要求如下：</b></p><p>　　根據(jù)所學(xué)控制理論知識（頻率法、根軌跡法等）進(jìn)行人工設(shè)計校正裝置，初步設(shè)計出校正裝置傳遞函數(shù)形式及參數(shù)；</p><p>　　在MATLAB下，用simulink進(jìn)行動態(tài)仿真，在計算機(jī)上對

5、人工設(shè)計系統(tǒng)進(jìn)行仿真調(diào)試，使其滿足技術(shù)要求；</p><p>　　確定校正裝置的電路形式及電路參數(shù)（選作）；</p><p><b>　　完成設(shè)計報告。</b></p><p>　　本課程設(shè)計以設(shè)計報告的形式提交，要求論點清楚，論據(jù)充分，結(jié)構(gòu)合理；分析問題有層次。包括設(shè)計思想，設(shè)計過程，圖（曲線），總結(jié)和數(shù)字仿真。</p><

6、;p><b>　　設(shè)計過程</b></p><p>　　應(yīng)用頻率法校正步驟：</p><p>　　根據(jù)所要求的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)，確定系統(tǒng)滿足穩(wěn)態(tài)性能要求的開環(huán)增益K。 </p><p>　　由題目所給開環(huán)傳遞函數(shù)可知這是一個典型的二階系統(tǒng)，要求系統(tǒng)滿足性能指標(biāo)靜態(tài)誤差系數(shù)KV，因此取KV=8。</p><p><

7、b>　　由公式KV===8</b></p><p>　　可得K=50，Gk(S)=.</p><p><b>　　則有：</b></p><p>　　繪制滿足由步驟一確定的K值下系統(tǒng)Bode圖，并求出系統(tǒng)的相角裕量。</p><p>　　由步驟二所得的對數(shù)幅值函數(shù)？，以及相角函數(shù)，轉(zhuǎn)折頻率0.5，可畫

8、出未校正系統(tǒng)的Bode圖，其漸進(jìn)線如下圖：</p><p><b>　　取點：</b></p><p>　　使得可計算出未校正系統(tǒng)的開環(huán)剪切頻率==1.414。則對應(yīng)的相角，</p><p><b>　　可得相角裕度 </b></p><p>　　，這說明系統(tǒng)的相角裕量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于要求值，系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)

9、會有嚴(yán)重的振蕩，為達(dá)到所要求的性能指標(biāo)，此設(shè)計應(yīng)采用串聯(lián)超前校正。</p><p>　　確定為使相角裕量達(dá)到要求值，所需增加的超前相角，即</p><p>　　式中，為要求的相角裕量；是因為考慮到校正裝置影響剪切頻率的位置而附加的相角裕量：當(dāng)未校正系統(tǒng)中頻段的斜率為-40時，取=50~150；當(dāng)未校正系統(tǒng)中頻段斜率為-60時，取50~200。。由未校正系統(tǒng)B可知，此系統(tǒng)的中頻段斜率為-40

10、，因此取0。由題目要求500，我們可取500。</p><p>　　可得500-200+100=400。</p><p>　　4、令超前校正網(wǎng)絡(luò)的最大超前相角，可由下式求出校正裝置的參數(shù)：</p><p>　　將=400代入上式可得。</p><p>　　在B圖上確定未校正系統(tǒng)幅值為時的頻率。</p><p><

11、b>　　=</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　求得：≈2.06，該頻率作為校正后系統(tǒng)的開環(huán)剪切頻率，即=。</p><p>　　由步驟五求得的確定校正裝置的轉(zhuǎn)折頻率：</p><p><b>　　=0.97≈1</b></p><

12、;p><b>　　=4.4≈4</b></p><p>　　至此可得超前校正裝置的傳遞函數(shù)為：</p><p>　　為補(bǔ)償超前校正網(wǎng)絡(luò)造成的幅值衰減，需附加一個放大器，校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)：</p><p><b>　　=</b></p><p>　　校正后系統(tǒng)的近似對數(shù)幅值函數(shù)為<

13、/p><p>　　校正后系統(tǒng)的近似相角函數(shù)為</p><p>　　校正后系統(tǒng)的轉(zhuǎn)折頻率為</p><p>　　做出校正后的B圖，其漸近線如下：</p><p>　　7，檢驗系統(tǒng)的性能指標(biāo)是否滿足要求。</p><p>　　將步驟五求得的校正后的剪切頻率=2.06帶入校正后系統(tǒng)的相角函數(shù)≈-129.70</p>

14、<p>　　因此校正后系統(tǒng)的相角裕度為：</p><p>　　=1800-129.70=50.30≧500</p><p>　　可知校正后系統(tǒng)相角裕量滿足條件。</p><p>　　校正后的速度穩(wěn)態(tài)誤差系數(shù)：</p><p><b>　　=4≧4</b></p><p>　　因此校正后

15、系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差系數(shù)也滿足要求。</p><p>　　校正后系統(tǒng)的諧振峰值：</p><p><b>　　≈1.3</b></p><p>　　由此可得此系統(tǒng)的超調(diào)量：</p><p>　　=0.28=28％≦30％</p><p>　　校正后的開環(huán)傳遞函數(shù)的相角裕量，速度穩(wěn)態(tài)誤差系數(shù)，超調(diào)量均符合

16、題目要求。</p><p>　　下面用MATLAB對系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)仿真。</p><p><b>　　、校正前系統(tǒng)的圖：</b></p><p><b>　　>> num=4;</b></p><p>　　>> f1=[1,0];</p><p>　　&

17、gt;> f2=[2,1];</p><p>　　>> den=conv(f1,f2);</p><p>　　>> bode(num,den)</p><p><b>　　校正前的曲線如下：</b></p><p><b>　　校正后系統(tǒng)圖：</b></p>

18、<p>　　>> num=4*[1,1];</p><p>　　>> f1=[1,0];</p><p>　　>> f2=[2,1];</p><p>　　>> f3=[0.25,1];</p><p>　　>> den=conv(f1,conv(f2,f3));<

19、;/p><p>　　>> bode(num,den)</p><p>　　校正后系統(tǒng)的曲線如下：</p><p>　　校正前系統(tǒng)輸入單位階躍后的仿真圖：</p><p>　　>> numg=4;</p><p>　　>> deng=conv([1,0],[2,1]);</p>

20、<p>　　>> [num1,den1]=cloop(numg,deng);</p><p>　　>> t=0:0.1:20;</p><p>　　>> [c1,x1,t]=step(num1,den1,t);</p><p>　　>> plot(t,c1,'-');grid</p&

21、gt;<p>　　校正后輸入階躍響應(yīng)的仿真圖：</p><p>　　>> numc=4*[1,1];</p><p>　　>> denc=conv([1,0],conv([2,1],[0.25,1]));</p><p>　　>> [num2,den2]=cloop(numc,denc);</p>&l

22、t;p>　　>> t=0:0.1:20;</p><p>　　>> [c2,x2,t]=step(num2,den2,t);</p><p>　　>> plot(t,c2,'-');</p><p>　　注：由上面兩張仿真圖可以看出，校正后的系統(tǒng)與校正前有著明顯的差異，校正后系統(tǒng)的調(diào)整時間大大縮短，超調(diào)量也明

23、顯減小，并且系統(tǒng)能迅速穩(wěn)定下來。</p><p>　　確定校正裝置的電路形式及電路參數(shù)</p><p>　　由常用校正網(wǎng)絡(luò)及特性可知本次校正裝置采用的電路圖如下：</p><p>　　此圖的傳遞函數(shù)及參數(shù)確定公式如下：</p><p><b>　　, , , </b></p><p>　　上面

24、求的校正裝置的傳遞函數(shù)為：</p><p><b>　　代入上述公式：</b></p><p><b>　　取C=1，</b></p><p><b>　　最終的電路圖如下:</b></p><p>　　自動控制課程設(shè)計體會：</p><p>　　通過本

25、次自動控制理論實踐課程的設(shè)計，使我鞏固了原有的理論知識，培養(yǎng)了我應(yīng)用所學(xué)知識和技能分析，解決實際問題的能力。使理論和實際相結(jié)合，更加深入我對自動控制這門課程的解釋和掌握，尤其是對B圖頻率分析法分析系統(tǒng)性能這一塊有了更深入的學(xué)習(xí)，在設(shè)計過程中激發(fā)了創(chuàng)新意識和創(chuàng)造能力，同時增加了MATLAB的認(rèn)識與軟件的操作技巧。今后我會更加努力學(xué)習(xí)有關(guān)自控這方面知識，不斷擴(kuò)充自己的專業(yè)知識。</p><p><b>