自動控制原理課程設(shè)計串聯(lián)超前校正課程設(shè)計

1、電子與電氣工程學院課程設(shè)計報告課 程 名 稱 自動控制原理 設(shè) 計 題 目 串聯(lián)超前校正裝置的設(shè)計 所學專業(yè)名稱 自動化 班 級 自動化133 學 號 2013211269 學 生 姓 名 指 導 教 師 2015年 12 月 26 日電氣學院 自動控制原理 課程設(shè)計任 務 書設(shè)計名稱： 串聯(lián)超前校正裝置的設(shè)計 學生姓名： 指導教師： 起止時間：自 2015 年 12 月 13 日起 至 2015 年 12 月 26 日止一、課程設(shè)計目的1、通過課程設(shè)計進一步掌握自動控制原理課程的有關(guān)知識，加深對所學內(nèi)容的理解，提高解決實際問題的能力。2、理解在自動控制系統(tǒng)中對不同的系統(tǒng)選用不同的校正方式，以

2、保證得到最佳的系統(tǒng)。3、了解控制系統(tǒng)設(shè)計的一般方法、步驟。4、從總體上把握對系統(tǒng)進行校正的思路，能夠?qū)⒗碚撨\用于實際。二、課程設(shè)計任務和基本要求設(shè)計任務：已知單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：要求校正后系統(tǒng)對單位斜坡輸入信號的穩(wěn)態(tài)誤差，相角裕度，試設(shè)計串聯(lián)超前校正裝置?；疽螅?、對原系統(tǒng)進行分析，繪制原系統(tǒng)的單位階躍響應曲線，2、繪制原系統(tǒng)的bode圖，確定原系統(tǒng)的幅值裕度和相角裕度。3、繪制原系統(tǒng)的nyquist曲線。4、繪制原系統(tǒng)的根軌跡。5、設(shè)計校正裝置，繪制校正裝置的bode圖。6、繪制校正后系統(tǒng)的bode圖、確定校正后系統(tǒng)的幅值裕度和相角裕度。7、繪制校正后系統(tǒng)的單位階躍響應曲線。8

3、、繪制校正后系統(tǒng)的nyquist曲線。9、繪制校正后系統(tǒng)的根軌跡。電氣學院 自動控制原理 課程設(shè)計指導老師評價表院（部）電氣學院年級專業(yè)自動化133學生姓名學生學號2013211269題 目串聯(lián)超前校正裝置的設(shè)計一、 指導老師評語指導老師簽名： 年 月 日 二、 成績評定指導老師簽名： 年 月 日 目錄摘要與關(guān)鍵字11 校正前系統(tǒng)分析21.1繪制原系統(tǒng)的單位階躍響應21.2原系統(tǒng)bode圖的繪制31.3奈氏曲線41.4根軌跡52設(shè)計校正裝置72.1校正裝置的設(shè)計72.2繪制校正裝置的bode圖73對校正后的系統(tǒng)進行分析分析93.1校正后系統(tǒng)的bode圖93.2校正后的單位階躍響應103.3校正

4、后的奈式曲線113.4繪制校正后的根軌跡13總結(jié)15參考文獻16串聯(lián)超前校正裝置的設(shè)計摘要與關(guān)鍵字摘要：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)中的位置不同，系統(tǒng)校正分為串聯(lián)校正、反饋校正和復合校正。按校正裝置的特性不同，又可分為pid校正、超前校正、滯后校正和滯后-超前校正。采用串聯(lián)超前校正可使開環(huán)系統(tǒng)截止頻率增大，從而閉環(huán)系統(tǒng)帶寬也增大，使響應速度加快。matlab是一個包含大量計算算法的集合。其擁有600多個工程中要用到的數(shù)學運算函數(shù)，可以方便的實現(xiàn)用戶所需的

5、各種計算功能。這次課程設(shè)計能學會用matlab設(shè)計控制系統(tǒng)以滿足具體的性能指標并靈活應用matlab的control system工具箱和simulink仿真軟件，分析系統(tǒng)的性能。關(guān)鍵字：控制系統(tǒng) ；串聯(lián)超前校正 ；matlab1 校正前系統(tǒng)分析1.1繪制原系統(tǒng)的單位階躍響應對原系統(tǒng)進行分析，繪制原系統(tǒng)的單位階躍響應曲線由題意可得：=取k=1則原開環(huán)傳遞函數(shù) 應用matlab仿真繪制響應圖如圖1所示。matlab文本如下：校正前單位階躍響應：num=100;den=0.04 1 0;sys=tf(num,den);sys1=feedback(sys,1);t=0:0.01:3;step(sys

6、1,t)hold ongridhold off圖1單位階躍響應曲線 1.2原系統(tǒng)bode圖的繪制典型環(huán)節(jié)分解；慣性環(huán)節(jié) ： w =由系統(tǒng)bode圖得系統(tǒng)截止頻率：=-=；經(jīng)matlab仿真后的圖如圖2所示。其仿真文本為：num=100;den=0.04 1 0;sys=tf(num,den);margin(sys)hold ongridhold off 圖2原系統(tǒng)bode圖1.3奈氏曲線系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)標準形式為g（s）=2500/s(s+25)。分析：起點：a(w)=，(w)=-90終點：a(w)=0，(w)=-180。與實軸的交點：經(jīng)計算得g(jw)=-2500j(jw-25)/w(w+6

7、25)所以與實軸無交點應用matlab仿真繪制nyquist曲線如圖3所示。其仿真文本為：num=100;den=0.04 1 0;sys=tf(num,den);nyquist(sys)v=-100,100,-80,80;axis(v)hold onplot(-1,0,'o')gtext('-1')hold off圖3原系統(tǒng)奈氏曲線1.4根軌跡由公式可得開環(huán)傳遞函數(shù)的標準形式： g=2500/s(s+25)1.根的起點和終點。起于開環(huán)極點止于開環(huán)零點。2.根軌跡的分支數(shù)n=2，關(guān)于實軸對稱。3.根軌跡的漸近線和交點為：=， =4.根軌跡在實軸上的分布：,。應用

8、matlab仿真繪制根軌跡圖如圖4所示。其仿其仿真文本為：根據(jù)式可得matlab 文本如下：num=100;den=0.04 1 0;sys=tf(num,den);rlocus(sys)hold onplot(0,0)gtext('0')plot(-2,0)gtext('-2')plot(-5,0)gtext('-5')hold off得根軌跡 零極點分布 如圖5所示： 圖4根軌跡分布 圖5零極點分布 2設(shè)計校正裝置2.1校正裝置的設(shè)計根據(jù)題意：校正后的相角裕度確定需要對系統(tǒng)增加的相位超前量 =-+（512） = -+= ； 得 ；計算校正后的

9、截止頻率 ； ； ； 得；應用matlab仿真也能球a=2.85和t=0.0095。其仿其仿真文本為：num=100;den=0.04 1 0;sys=tf(num,den);wm=62.6;l=bode(sys,wm);lwc=20*log10(l);a=10(-0.1*lwc)t=1/(wm*sqrt(a)確定超前校正網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)： 2.2繪制校正裝置的bode圖 應用matlab仿真繪制校正裝置的bode圖如圖6所示。其仿其仿真文本為：um=0.027 1;den=0.0095 1;sys=tf(num,den);bode(sys)grid 圖6校正裝置的bode圖3對校正后的系統(tǒng)進行

10、分析分析串聯(lián)校正后的開環(huán)傳遞函數(shù)： =3.1校正后系統(tǒng)的bode圖對校正后的開環(huán)傳遞函數(shù)的典型環(huán)節(jié)的分解：階微分環(huán)節(jié) 慣性環(huán)節(jié) 應用matlab仿真繪圖，得校正后的bode圖如圖7所示,matlab文本如下:num=100;den=0.04 1 0;sys1=tf(num,den);num1=0.027 1;den1=0.0095 1;sys2=tf(num1,den1);sys3=sys1*sys2;margin(sys3)grid 圖7校正后系統(tǒng)bode圖由bode圖可得：相角裕度：幅值裕度：設(shè)穿越頻率為，則有 ；得 = = 3.2校正后的單位階躍響應應用matlab仿真繪制階躍響應如圖8

11、： matlab文本如下num=100;den=0.04 1 0;sys1=tf(num,den);num1=0.027 1;den1=0.0095 1;sys2=tf(num1,den1);sys3=sys1*sys2;sys4=feedback(sys3 ,1);t=0:0.01:1;step(sys4,t) 圖8校正后的單位階躍響應3.3校正后的奈式曲線 =對校正后的開環(huán)傳遞函數(shù)進行系統(tǒng)分析： 起點 終點 與實軸的交點：對原傳遞函數(shù)化簡得 化成頻率特性有 應用matlab仿真繪圖，如圖9，matlab文本如下：num=100;den=0.04 1 0;sys1=tf(num,den);n

12、um1=0.027 1;den1=0.0095 1;sys2=tf(num1,den1);sys3=sys1*sys2;nyquist(sys3)v=-100,100,-80,80;axis(v)hold onplot(-1,0,'o')gtext('-1')hold off 圖9校正后的奈式曲線3.4繪制校正后的根軌跡 ；對系統(tǒng)分析如下：開環(huán)零點 開環(huán)極點 根軌跡數(shù)為 漸近線角度 漸近線與實軸交點 分離點坐標 得 應用matlab繪制根軌跡，如圖10所示，matlab文本如下：num=100;den=0.04 1 0;sys1=tf(num,den);num1

13、=0.027 1;den1=0.0095 1;sys2=tf(num1,den1);sys3=sys1*sys2;rlocus(sys3) 圖10校正后的根軌跡總結(jié)系統(tǒng)的校正問題，是一種原理性的局部設(shè)計。問題的提法是在系統(tǒng)的基本部分，通常是對象、執(zhí)行機構(gòu)和測量元件等主要部件，已經(jīng)確定的條件下，設(shè)計校正裝置的傳遞函數(shù)和調(diào)整系統(tǒng)放大系數(shù)。使系統(tǒng)的動態(tài)性能指標滿足一定的要求。這一原理性的局部設(shè)計問題通常稱為系統(tǒng)的校正或動態(tài)補償器設(shè)計。由于校正裝置加入系統(tǒng)的方式不同，所起的作用不同，名目眾多的校正設(shè)計問題或動態(tài)補償器設(shè)計問題，成了控制理論中一個極其活躍的領(lǐng)域，而且它也是最有實際應用意義的內(nèi)容之一。在這

14、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，這對于將來想從事技術(shù)行業(yè)的學生這是很重要的。通過課程設(shè)計我學到不少東西，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。同時，這次期末的課程設(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。最后，通過論文的書寫核和題的解決使我自身各方面有了較大的提高。對以前所學的知識點有了更深一步的認識和加強，發(fā)現(xiàn)自己的優(yōu)缺點在以后的歲月里，更加孜孜不倦的努力。參考文獻1 胡壽松.自動控制原理