自動控制原理課程設(shè)計--晶閘管-直流電機調(diào)速系統(tǒng)

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　第一章 設(shè)計內(nèi)容及要求1</p><p>　　第二章 設(shè)計過程 3</p><p>　　第三章 系統(tǒng)仿真模型的建立 8</p><p>　　第四章 總結(jié)與體會 11</p><p><b>　　參考文獻 12<

2、;/b></p><p><b>　　設(shè)計任務及設(shè)計過程</b></p><p><b>　?。ㄒ唬┰O(shè)計任務</b></p><p>　　晶閘管-直流電機調(diào)速系統(tǒng)如圖所示 （ksm10）</p><p>　　1、畫出未校正系統(tǒng)的根軌跡圖，分析系統(tǒng)是否穩(wěn)定。</p><p&g

3、t;　　2、對系統(tǒng)進行串聯(lián)校正，要求校正后的系統(tǒng)滿足指標：</p><p>　　（1）相角穩(wěn)定裕度Pm>40º , 幅值穩(wěn)定裕度Gm>13。</p><p>　　（2）在階躍信號作用下，系統(tǒng)超調(diào)量Mp<25%，調(diào)節(jié)時間Ts<0.15秒。</p><p>　　3、分別畫出校正前，校正后和校正裝置的幅頻特性圖。</p>&

4、lt;p>　　4、給出校正裝置的傳遞函數(shù)。</p><p>　　5、分別畫出系統(tǒng)校正前、后的開環(huán)系統(tǒng)的奈奎斯特圖，并進行分析。</p><p>　　6、分別畫出系統(tǒng)校正前、后的的根軌跡圖。</p><p>　　7、在SIMULINK中建立系統(tǒng)的仿真模型，在前向通道中分別接入飽和非線性環(huán)節(jié)和回環(huán)非線性環(huán)節(jié)，觀察分析非線性環(huán)節(jié)對系統(tǒng)性能的影響。</p>

5、<p>　　8、應用所學的知識分析校正器對系統(tǒng)性能的影響（自由發(fā)揮）。</p><p><b>　?。ǘ┰O(shè)計過程</b></p><p>　　1、畫出未校正系統(tǒng)的根軌跡圖，分析系統(tǒng)是否穩(wěn)定</p><p>　　num=10;den=[4.099e-007 0.0002695 0.01476 0.1925];</p>

6、<p>　　axis equal;</p><p>　　rlocus(num,den)</p><p>　　[k,p]=rlocfind(num,den)</p><p>　　Select a point in the graphics window</p><p><b>　　z =</b></p&g

7、t;<p>　　Empty matrix: 0-by-1</p><p><b>　　p =</b></p><p><b>　　-598.6366</b></p><p><b>　　-38.4242</b></p><p><b>　　-20.416

8、7</b></p><p><b>　　k =</b></p><p>　　2.4396e+007</p><p>　　分析：從上圖中可以看出系統(tǒng)無零點，有三個極點，且都在虛軸的左半平面?？梢灾老到y(tǒng)穩(wěn)定。</p><p>　　2、對系統(tǒng)進行串聯(lián)校正，要求校正后的系統(tǒng)滿足指標：</p><

9、p>　?。?）相角穩(wěn)定裕度Pm>40º , 幅值穩(wěn)定裕度Gm>13。</p><p>　　（2）在階躍信號作用下，系統(tǒng)超調(diào)量Mp<25%，調(diào)節(jié)時間Ts<0.15秒。</p><p>　　從下圖可以看出未校正的伯德圖中可以看出；系統(tǒng)不滿足校正要求，</p><p><b>　　輸入以下函數(shù)：</b><

10、/p><p>　　n1=10;d1=[4.099e-007 0.0002695 0.01476 0.1925];sys1=tf(n1,d1); </p><p>　　[z,p,k]=tf2zp(n1,d1);</p><p>　　z1=[z -1];</p><p>　　p1=[-598.6366 -38.4242 -20.4167 -170]&

11、lt;/p><p>　　sys=zpk(z1,p1,k);</p><p>　　w=logspace(-1,5);figure(1);bode(sys,w);margin(sys);</p><p>　　figure(2);nyquist(sys);</p><p>　　figure(3);rlocus(sys)</p><p

12、><b>　　grid on;</b></p><p><b>　　校正后的伯德圖：</b></p><p>　　從上圖可以看出，校正后的伯德圖中，pm=51.5,gm=13.4,通過計算可知其系統(tǒng)超調(diào)量Mp=20%<25%，調(diào)節(jié)時間Ts=0.8秒<0.15秒。滿足系統(tǒng)的要求。</p><p>　　3、分

13、別畫出校正前，校正后和校正裝置的幅頻特性圖。</p><p><b>　　校正前的幅頻特性：</b></p><p><b>　　校正后的幅頻特性：</b></p><p>　　校正裝置的幅頻特性：</p><p>　　4、給出校正裝置的傳遞函數(shù)：</p><p>　　G（s

14、）=s+1/s+170;</p><p>　　從第一個未校正的伯德圖中可以看到系統(tǒng)的指標不滿足要求，此時幅值裕度和相角裕度都偏小，考慮添加一個較小的零點，為-1，加上零點后，發(fā)現(xiàn)幅值裕度依然偏小，但是相交裕度滿足了要求，這時候再加上一個極點，經(jīng)過幾次的嘗試得到極點-170可以滿足給定的幅值裕度。此時滿足第一個性能指標，在經(jīng)過超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間的計算公式來計算相應的值，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)滿足指標超調(diào)量Mp=20%<25%

15、，調(diào)節(jié)時間Ts=0.8秒<0.15秒。</p><p>　　5、分別畫出系統(tǒng)校正前、后的開環(huán)系統(tǒng)的奈奎斯特圖，并進行分析。</p><p><b>　　校正前：</b></p><p><b>　　校正后：</b></p><p>　　分析：由圖可以看出，校正前是繞（-1，0j）1圈，即R=1

16、，由奈氏判據(jù)得，p=0所以Z不等于0，閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。校正后的奈氏曲線未繞（-1，0j）點，R=0，則Z等于0，閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定。</p><p>　　分別畫出系統(tǒng)校正前、后的的根軌跡圖。</p><p><b>　　校正前：</b></p><p>　　n1=10;d1=[4.099e-007 0.0002695 0.01476 0.1925];

17、sys1=tf(n1,d1); </p><p>　　[z,p,k]=tf2zp(n1,d1);</p><p>　　z1=[z -1];</p><p>　　p1=[-598.6366 -38.4242 -20.4167 -170]</p><p>　　sys=zpk(z1,p1,k);</p><p>　　w=lo

18、gspace(-1,5);figure(1);bode(sys,w);margin(sys);</p><p>　　figure(2);nyquist(sys);</p><p>　　figure(3);rlocus(sys)</p><p><b>　　grid on;</b></p><p>　　從以上的校正后的根軌

19、跡圖可以看出，系統(tǒng)穩(wěn)定。</p><p>　　第三章 系統(tǒng)建模與仿真</p><p>　　7、在SIMULINK中建立系統(tǒng)的仿真模型，在前向通道中分別接入飽和非線性環(huán)節(jié)和回環(huán)非線性環(huán)節(jié)，觀察分析非線性環(huán)節(jié)對系統(tǒng)性能的影響。</p><p>　　這是未加環(huán)節(jié)時的scope：</p><p>　　加上飽和非線性環(huán)節(jié)：</p><

20、;p>　　在下圖中加入的是saturation 模塊是限幅的飽和特性模塊，作用是對輸入信號進行限幅。</p><p>　　加上回環(huán)非線性環(huán)節(jié)：</p><p>　　下圖中加入的是backlash模塊，是磁滯回環(huán)特性模塊</p><p>　　從上圖可以看出，加入非線性環(huán)節(jié)后，系統(tǒng)的增益有所下降，系統(tǒng)變得更加穩(wěn)定。</p><p>　　應用

21、所學的知識分析校正器對系統(tǒng)性能的影響（自由發(fā)揮）。</p><p>　　當未校正系統(tǒng)不穩(wěn)定，且要求校正后系統(tǒng)的響應速度，相角裕度和穩(wěn)態(tài)精度較高時，以采用串聯(lián)滯后—超前校正為宜。 </p><p>　　超前校正利用其超前校正相位特性，獲得系統(tǒng)所需的超前相位量，故可以改善系統(tǒng)穩(wěn)定裕度，而超前改變穩(wěn)定裕量較小，有時要采取兩次超前校正。 </p><p>

22、;　　滯后校正是其的高頻衰減特性，使幅值穿越頻率下降，從而提高相位裕度?？梢越档透哳l噪音。滯后-超前校正使其超前部分來增加系統(tǒng)的相角裕度，同時其滯后部分來改善系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度。</p><p><b>　　總結(jié)與體會 ：</b></p><p>　　在這次的課程設(shè)計之前，對于自控控制原理的相關(guān)知識，我們重新翻看好幾遍以前的書本。在校正設(shè)計時候，在試取值時需要對

23、校正原理較好的理解才能取出合適的參數(shù)，期間我們也不是一次就成功，選了幾次才選出比較合適的參數(shù)。這種不斷嘗試的經(jīng)歷讓我們養(yǎng)成一種不斷探索的科學研究精神，我想對于將來想從事技術(shù)行業(yè)的學生這是很重要的。 每一次課程設(shè)計都會學到不少東西，這次當然也不例外。不但對自動原理的知識鞏固了，也加深了對 MATLAB 這個強大軟件的學習和使用。 </p><p>　　同時，通過這次期末的課程

24、設(shè)計，使我認識到自己這學期對這門課程的學習還遠遠不夠，還沒有較好地將書本中的知識較好地融合，這為我在以后的學習中敲了一記警鐘</p><p><b>　　參考文獻：</b></p><p>　　[1] 薛定宇.控制系統(tǒng)計算機輔助設(shè)計---MATLAB語言及應用. 清華大學出版社.1996年</p><p>　　[2] 高國燊.自動控制原理.華南

25、理工大學出版社.2013年</p><p>　　[3] 曹戈. MATLAB教材及實訓.機械工業(yè)出版社.2008年</p><p>　　[4] 龔劍.MATLAB入門與提高.清華大學出版社.2003年</p><p>　　[5] 胡壽松. 自動控制原理.科學出版社.2008年 </p><p>　　[6]樓順天.