自動控制原理校正課程設(shè)計--控制系統(tǒng)設(shè)計與校正

1、<p>　　題 目 控制系統(tǒng)設(shè)計與校正 </p><p>　　課 程 名 稱 自動控制原理課程設(shè)計 </p><p>　　院 部 名 稱 機電工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè) 電氣工程及其自動化 </p><p>　　班 級 10電氣工程及其

2、自動化（單）</p><p>　　學(xué) 生 姓 名 </p><p>　　學(xué) 號 </p><p>　　課程設(shè)計地點 </p><p>　　課程設(shè)計學(xué)時 1周 </p><p>　　指 導(dǎo) 教

3、師 </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　一、緒論</b></p><p>　　1.1、相關(guān)背景知識..................................................3</p><p>　　1.2、課程設(shè)計

4、任務(wù)..................................................3</p><p>　　二、設(shè)計過程.............................................4</p><p>　　2.1、確定校正傳遞函數(shù)..............................................4</p>

5、<p>　　2.2、利用MATLAB繪畫未校正系統(tǒng)的bode圖............................4</p><p>　　三、三種響應(yīng)曲線..................................8</p><p>　　3.1、校正前的三種響應(yīng)曲線..........................................8</p&

6、gt;<p>　　3.2、校正后三種響應(yīng)曲線...........................................11</p><p>　　特征根.......................................13</p><p>　　4.1、校正前的特征根.............................................

7、..13</p><p>　　4.2、系統(tǒng)校正后的特征根...........................................14</p><p>　　五、系統(tǒng)的動態(tài)性能指標...........................14</p><p>　　5.1、校正前動態(tài)性能指標σ%、tr、tp、ts.........................

8、...14</p><p>　　5.2、校正后的動態(tài)性能指標.........................................15</p><p>　　5.3、系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差.....................................17</p><p>　　六、根軌跡..................................

9、.....17</p><p>　　6.1、校正前的根軌跡...............................................17</p><p>　　6.2、校正后的根軌跡...............................................19</p><p>　　七、系統(tǒng)的Nyquist圖...........

10、..................21</p><p>　　7.1、求系統(tǒng)校正前的Nyquist圖.....................................21</p><p>　　7.2、求系統(tǒng)校正后的Nyquist圖.....................................22</p><p>　　參考文獻...........

11、..........................24</p><p><b>　　一、緒論</b></p><p>　　1.1、相關(guān)背景知識</p><p>　　所謂校正，就是在系統(tǒng)中加入一些其參數(shù)可以根據(jù)需要而改變的機構(gòu)或裝置，使系統(tǒng)整個特性發(fā)生變化，從而滿足給定的各項性能指標。系統(tǒng)校正的常用方法是附加校正裝置。按校正裝置在系統(tǒng)中的位置不

12、同，系統(tǒng)校正分為串聯(lián)校正、反饋校正和復(fù)合校正。按校正裝置的特性不同，又可分為超前校正、滯后校正和滯后-超前校正、PID校正。這里我們主要討論串聯(lián)校正。</p><p>　　串聯(lián)超前校正是利用超前網(wǎng)絡(luò)或PD控制器進行串聯(lián)校正的基本原理，是利用超前網(wǎng)絡(luò)或PD控制器的相角超前特性實現(xiàn)的，使開環(huán)系統(tǒng)截止頻率增大，從而閉環(huán)系統(tǒng)帶寬也增大，使響應(yīng)速度加快。</p><p>　　1.2、課程設(shè)計任務(wù)&l

13、t;/p><p><b>　?。?）、要求：</b></p><p>　　a、掌握自動控制原理的時域分析法，根軌跡法，頻域分析法，以及各種補償（校正）裝置的作用及用法，能夠利用不同的分析法對給定系統(tǒng)進行性能分析，能根據(jù)不同的系統(tǒng)性能指標要求進行合理的系統(tǒng)設(shè)計，并調(diào)試滿足系統(tǒng)的指標。a、學(xué)會使用MATLAB語言及Simulink動態(tài)仿真工具進行系統(tǒng)仿真與調(diào)試。</p

14、><p><b>　　（2）題目：</b></p><p>　　設(shè)原系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 試選用串聯(lián)滯后或串聯(lián)超前校正裝置，要求校正后系統(tǒng)的相角裕度 , 幅值裕度 K g =6 分貝，靜態(tài)速度誤差系數(shù)。</p><p><b>　　二、設(shè)計過程</b></p><p>　　2.1確定校正傳遞函數(shù)<

15、/p><p><b>　　2.1.1、確定：</b></p><p>　　根據(jù)題意與自動控制理論，可知此系統(tǒng)為I型系統(tǒng)，在單位斜坡信號作用下，速度誤差系數(shù)==10，所以=10rad/s</p><p>　　即被控對象的傳遞函數(shù)為：</p><p>　　2.2利用MATLAB繪畫未校正系統(tǒng)的bode圖</p>

16、<p>　　2.2.1、校正前Bode圖</p><p>　　利用matlab進行編程，用程序：</p><p><b>　　可得性能指標</b></p><p>　　即模穩(wěn)定裕度Lh=∞dB 穿越頻率Wg=∞r(nóng)ad/s </p><p>　　相穩(wěn)定裕度r=25.2  剪切

17、頻率Wc=4.25rad/ s</p><p><b>　　可得到Bode圖</b></p><p>　　圖1、矯正前系統(tǒng)Bode圖</p><p>　　2.2.2超前校正后的Bode圖：</p><p><b>　　程序：</b></p><p><b>　　可得

18、性能指標</b></p><p><b>　　可得bode圖：</b></p><p>　　圖2、超前校正后系統(tǒng)bode圖</p><p>　　由上圖2及程序所知，系統(tǒng)沒有達到要求。</p><p>　　2.2.3進行第二次超前校正：</p><p>　　>> wc2=18

19、.5;</p><p>　　[m2,p2,w2]=bode(sys1);</p><p>　　M2=spline(w2,m2,wc2);</p><p>　　a2=M2^(-2)</p><p>　　T2=1/(wc2*sqrt(a2))</p><p>　　Gc2=tf([a2*T2 1],[T2 1])</p

20、><p>　　sys2=sys1*Gc2;</p><p>　　[Gm2,Pm2,Wcg2,Wcp2]=margin(sys2)</p><p><b>　　可得性能指標：</b></p><p>　　a2 = 17.5862</p><p>　　T2 = 0.0129 </p>

21、<p>　　Transfer function:</p><p>　　0.2267 s + 1</p><p>　　-------------</p><p>　　0.01289 s + 1</p><p>　　Gm2 = 7.4523</p><p>　　Pm2 = 65.1847</p

22、><p>　　Wcg2 = 72.6839</p><p>　　Wcp2 = 18.4914</p><p><b>　　可得波特圖是：</b></p><p>　　圖3、第二次系統(tǒng)超前校正bode圖</p><p>　　可求得校正后的傳遞函數(shù)為=</p><p>&l

23、t;b>　　三、三種響應(yīng)曲線</b></p><p>　　利用MATLAB作出系統(tǒng)校正前與校正后的單位脈沖響應(yīng)曲線，單位階躍響應(yīng)曲線，單位斜坡響應(yīng)曲線，分析這三種曲線的關(guān)系？</p><p>　　3.1、校正前的三種響應(yīng)曲線</p><p><b>　　單位脈沖響應(yīng)曲線</b></p><p><

24、b>　　單位階躍響應(yīng)</b></p><p><b>　　單位諧波響應(yīng)</b></p><p>　　3.3.2、校正后三種響應(yīng)曲線</p><p><b>　　單位脈沖響應(yīng)曲線</b></p><p><b>　　單位階躍響應(yīng)</b></p>&

25、lt;p><b>　　單位諧波響應(yīng)</b></p><p><b>　　四、特征根</b></p><p>　　利用MATLAB函數(shù)求出校正前與校正后系統(tǒng)的特征根</p><p>　　4.1校正前的特征根</p><p><b>　　程序</b></p>&

26、lt;p><b>　　運行結(jié)果</b></p><p>　　由程序結(jié)果可得，此系統(tǒng)有三個特征根，其中有兩個特征根的實部為正。所以根據(jù)系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件可知此系統(tǒng)不穩(wěn)定。（系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件：實部都為負，或都位于s平面虛軸的左邊）</p><p>　　4.2、系統(tǒng)校正后的特征根：</p><p><b>　　程序</

27、b></p><p><b>　　運行結(jié)果：</b></p><p>　　計算數(shù)據(jù)表明，特征根中無實部為正的根，校正后的系統(tǒng)都是穩(wěn)定的。</p><p>　　五、系統(tǒng)的動態(tài)性能指標:</p><p>　　5.1、校正前的動態(tài)性能指標σ%、tr、tp、ts</p><p><b>　

28、　峰值：</b></p><p><b>　　超調(diào)量：</b></p><p><b>　　上升時間：</b></p><p><b>　　調(diào)節(jié)時間：</b></p><p>　　5.2、校正后的動態(tài)性能指標</p><p><b>

29、;　　峰值：</b></p><p><b>　　超調(diào)量：</b></p><p><b>　　上升時間：</b></p><p><b>　　調(diào)節(jié)時間：</b></p><p>　　從上述程序計算得的校正前后的動態(tài)系能指標可看出校正前的峰值時間tp、超調(diào)量%σ、上

30、升時間tr、調(diào)節(jié)時間ts等均過大，尤其是超調(diào)量σ%，可看出系統(tǒng)校正前系統(tǒng)是相當(dāng)不穩(wěn)定的。經(jīng)過兩級超前網(wǎng)絡(luò)校正后的系統(tǒng)動態(tài)性能指標中可看出，校正后的峰值時間tp、超調(diào)量σ%、上升時間tr、調(diào)節(jié)時間ts等均變小了。上升時間tr、峰值時間tp變小了說明系統(tǒng)響應(yīng)的初始階段變快了。調(diào)節(jié)時間ts變小了，說明系統(tǒng)過度過程持續(xù)的時間變小了，系統(tǒng)的快速性變好了。超調(diào)量σ%變小了，反應(yīng)出系統(tǒng)響應(yīng)過程的平穩(wěn)性變好了。</p><p>

31、　　5.3、系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差</p><p><b>　　5.3.1、校正前</b></p><p><b>　　5.3.2、校正后</b></p><p><b>　　六、根軌跡</b></p><p><b>　　6.1、校正前</b></p>

32、;<p><b>　　運行結(jié)果：</b></p><p>　　求分離點及該點的增益：</p><p><b>　　程序：</b></p><p><b>　　運行得根軌跡：</b></p><p>　　圖中分離點坐標為： （ -0.8839 - 0.0932i）。

33、該點的增益為K*=0.672e-004</p><p>　　6.2、校正后的根軌跡：</p><p><b>　　程序：</b></p><p><b>　　運行得根軌跡：</b></p><p><b>　　程序：</b></p><p>　　七、系統(tǒng)

34、的Nyquist圖</p><p>　　7.1、求系統(tǒng)校正前的Nyquist圖：</p><p>　　系統(tǒng)校正前的Nyquist圖如下：</p><p>　　因為圖中曲線包圍了（-1，j0)點，且函數(shù)s右半邊無極點，即P=0，而N不等于0，所以Z=P-2N不為0，所以系統(tǒng)不穩(wěn)定。</p><p>　　7.2、求系統(tǒng)校正后的Nyquist圖:&

35、lt;/p><p><b>　　程序：</b></p><p><b>　　得到曲線如圖：</b></p><p>　　圖中（-1，j0）不包含在曲線內(nèi)，所以R=0，則系統(tǒng)穩(wěn)定。</p><p><b>　　八、參考文獻：</b></p><p>　　程