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文檔簡介
1、<p> 自動控制原理課程設(shè)計</p><p> ——燃油調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)校正裝置設(shè)計</p><p><b> 院系:機(jī)電工程學(xué)院</b></p><p> 專業(yè):電氣工程及其自動化</p><p><b> 班級:</b></p><p><b>
2、; 學(xué)號:</b></p><p><b> 姓名:</b></p><p><b> 指導(dǎo)老師:</b></p><p><b> 職稱:</b></p><p> 2011年12月10日</p><p><b> 自
3、動控制課程設(shè)計</b></p><p><b> 一、設(shè)計目的</b></p><p> 通過課程設(shè)計,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> 二、設(shè)計要求</b></p><p> 收集和查閱有
4、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。具體要求如下:</p><p> 1.根據(jù)所學(xué)的控制理論知識(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> 2.在MATLAB下,用simulink進(jìn)行動態(tài)仿真,在計算機(jī)上對人工
5、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> 3.確定校正裝置的電路形式及電路參數(shù)(選作);</p><p><b> 4.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、lt;p><b> 三、設(shè)計題目</b></p><p> 燃油調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)校正裝置設(shè)計:</p><p> 已知燃油控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為:,設(shè)計超前校正裝置,使其校正后閉環(huán)主導(dǎo)極點滿足:階躍響應(yīng)的超調(diào)量,調(diào)整時間,系統(tǒng)單位斜波響應(yīng)穩(wěn)態(tài)誤差。</p><p><b> 四、設(shè)計步驟</b></p&g
7、t;<p> 思路:依題可知系統(tǒng)的性能指標(biāo)是在時域范圍內(nèi)提出的,給定了要求的超調(diào)量、調(diào)整時間及穩(wěn)態(tài)誤差,則采用根軌跡法進(jìn)行設(shè)計和校正是很有效的,所以該題選用根軌跡法來設(shè)計校正裝置,最終使系統(tǒng)滿足要求,并利用MATLAB來進(jìn)行校驗.</p><p> 由所給開環(huán)傳遞函數(shù)畫根軌跡圖:</p><p> 1)系統(tǒng)有三個開環(huán)極點:0、-4、-10,沒有開環(huán)零點,所以根軌跡有三條
8、,分別起始于開環(huán)極點,均趨于無窮遠(yuǎn)處;</p><p> 2)實軸上的根軌跡段為和區(qū)域,根軌跡對稱于實軸且連續(xù)變 化;</p><p> 3)漸近線與實軸交點為:,</p><p><b> 與實軸夾角為: ;</b></p><p> 4)分離點會合點為:, ;</p><p>
9、解得: ;</p><p><b> ;</b></p><p> 可知均為分離點,分離角均為:;</p><p> 5)與虛軸交點根據(jù)特征方程求解得:</p><p><b> ,</b></p><p><b> ?。?lt;/b><
10、;/p><p> 令實部和虛部為零:和解得:</p><p> 所以原系統(tǒng)的根軌跡如下圖所示:</p><p> ?。ㄗⅲ河檬掷L和MATLAB繪制而成)</p><p> 依題知要求單位斜波響應(yīng)穩(wěn)態(tài)誤差: ,則:</p><p> 可設(shè)校正裝置的傳遞函數(shù)為:,校正增益為</p><p>&
11、lt;b> 則得:</b></p><p> 求得: </p><p> 原系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線圖如下所示:(用MATLAB獲得)</p><p> >> numg=2;</p><p> >>deng=conv([1 0],conv([0.25 1],[0.1 1]));&
12、lt;/p><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;
13、</p><p> 以曲線圖可知原系統(tǒng)的階躍響應(yīng)超調(diào)量>60%,調(diào)整時間>12s,沒有滿足要求,所以必須進(jìn)行校正。</p><p> 2.根據(jù)題目要求及公式可求得性能指標(biāo)和的值:</p><p> , 解得 ;</p><p> 有曲線圖得振幅進(jìn)入的誤差范圍此時:</p><p> ,
14、 解得 ;</p><p> 求的滿足題給條件的閉環(huán)極點為:;</p><p> 對照根軌跡圖可看出原系統(tǒng)根軌跡不通過希望的閉環(huán)極點,且根軌跡位于期望極點的右側(cè),則原根軌跡需要加以修正可在系統(tǒng)的前向通道中串入超前校正裝置。</p><p> 校正裝置的確定:應(yīng)使校正后的裝置的系統(tǒng)根軌跡通過希望的閉環(huán)主導(dǎo)極點,也就需要滿足相角條件: </p
15、><p> 校正裝置產(chǎn)生的超前相角為:</p><p> 對于所得的值,校正裝置的零、極點位置不唯一,在這取系數(shù)為最大值時確定的零、極點。</p><p><b> 依圖得:</b></p><p><b> , ;</b></p><p><b>
16、 , 令則得:;</b></p><p> 由此確定超前校正裝置的零、極點位置(不唯一)。</p><p> 原系統(tǒng)在希望主導(dǎo)極點上得相角為:</p><p> 所以為使根軌跡通過希望的閉環(huán)極點,超前裝置應(yīng)在該點上產(chǎn)生的相角。</p><p> 又有 : </p><p> 則
17、有: </p><p> 代入上式得: ;</p><p> 故校正傳遞函數(shù)為: ;</p><p> 所以: , ;</p><p><b> 校正傳遞函數(shù)化為:</b></p><p><b> ;</b>&l
18、t;/p><p> 為補(bǔ)償超前校正裝置的幅值衰減,需要加一個放大倍數(shù)為的補(bǔ)償放大器,有前面算得的,所以校正裝置的傳遞函數(shù)可視為: </p><p><b> ;</b></p><p> 校正后的傳遞函數(shù)為:</p><p><b> ;</b></p><p> 4.
19、校正后傳遞函數(shù)的根軌跡及單位階躍響應(yīng)曲線的變化。</p><p> 校正后的系統(tǒng)根軌跡如圖所示:</p><p> >> num=[2.74 10];</p><p> >> den=conv([1 0],conv([0.25 1],conv([0.1 1],[0.026 1])));</p><p> >
20、;>rlocus(num,den);</p><p> 校正后的單位階躍響應(yīng)曲線圖如下圖所示:</p><p> >> numc=[2.74 10];</p><p> >>denc=conv([1 0],conv([0.25 1],conv([0.1 1],[0.026 1])));</p><p>
21、>>[num2,den2]=cloop(numc,denc);</p><p> >> t=0:0.1:10;</p><p> >> [c2,x2,t]=step(num2,den2,t);</p><p> >>plot(t,c2,'-');grid;</p><p>
22、 由系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線圖可以得到系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)為:</p><p> 超調(diào)量: 調(diào)整時間:</p><p> 而且系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為: ,</p><p><b> ,</b></p><p> 所以得到: 符合題目要求。</p><p> 以上各項及計算均存在一定誤差,但總體上滿
23、足題目要求,所以所求校正傳遞函數(shù)符合條件,校正后的傳遞函數(shù)能實現(xiàn)題中所要求的,所做設(shè)計基本可以。</p><p> 五、Simulink仿真與調(diào)試</p><p> 1.確定校正裝置的電路形式及電路參數(shù)</p><p> 根據(jù)校正網(wǎng)絡(luò)及其特性和上面所求得校正裝置的表達(dá)式來看,本次校正裝置可用RC網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的婺源超前校正裝置表示,RC超前網(wǎng)絡(luò)電路圖如下:</
24、p><p> 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的超前校正裝置,其傳遞函數(shù)為</p><p> 令 , </p><p> 則:,超前校正裝置的零點,極點</p><p> 由上面獲得的校正裝置的零、極點為:,;</p><p> 解得:,,取代入、式</p><p><b>
25、 可得:, </b></p><p> 在Simulink下的系統(tǒng)設(shè)計和校正</p><p> 利用Simulink仿真環(huán)境進(jìn)行動態(tài)反仿真,采用超前校正設(shè)計的Simulink模型圖如下所示: (分別是校正前和校正后的單位階躍響應(yīng)曲線)</p><p><b> ?。ㄐU埃?lt;/b></p
26、><p><b> ?。ㄐU螅?lt;/b></p><p><b> 六、設(shè)計總結(jié)</b></p><p> 經(jīng)過這次設(shè)計,讓我更加了解了自動控制原理中校正系統(tǒng)的基本概念及對系統(tǒng)校正實際的相關(guān)步驟,通過對基礎(chǔ)知識的了解,對校正系統(tǒng)設(shè)計方案的比較,進(jìn)一步認(rèn)識到校正系統(tǒng)的合理性和使用性。課程設(shè)計離不開理論和實際應(yīng)用的結(jié)合,設(shè)計過
27、程中方案的選擇和參數(shù)的設(shè)定是自控原理中最重要的部分,在選擇時要特別注意題目要求,依據(jù)所學(xué)知識合理分析系統(tǒng)各個性能指標(biāo),最終選擇一個較為合理的方案。</p><p> 在這次課程設(shè)計中我遇到了不少麻煩,但在解決麻煩的過程中也收獲了很多,我認(rèn)為在設(shè)計時應(yīng)注意:(1)方法選擇,根據(jù)所給條件選擇是用根軌跡法還是用頻率法,這次設(shè)計題目給了超調(diào)量和調(diào)整時間等時域范圍內(nèi)的性能指標(biāo),所以我用根軌跡法;(2)參數(shù)計算,一定要認(rèn)真
28、細(xì)心,我在算數(shù)過程中就出錯了,結(jié)果算了三四邊才行;(3)用MATLAB繪圖應(yīng)注意選合適的坐標(biāo)范圍,得出較好的繪制圖;(4)用仿真環(huán)境進(jìn)行動態(tài)仿真時,有時會出不來仿真模型,可多做幾次或隔段時間再做,要有耐心。通過設(shè)計讓我明白理論與實際并不一樣,動手操作可以很好的發(fā)現(xiàn)自己的不足,也鍛煉了自己,讓自己能較熟練的MATLAB運用軟件,對課本知識由更實際的了解,以后會鞭策自己更加用心的學(xué)習(xí)。</p><p><b&g
29、t; 參考文獻(xiàn):</b></p><p> 自動控制原理----------------------電子工業(yè)出版社 謝克明主編;</p><p> 自動控制計算機(jī)仿真與輔助設(shè)計------西安交通大學(xué)出版社 翁思義主編;</p><p> 自動控制理論----------------------機(jī)械工業(yè)出版社 夏
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