串聯(lián)超前校正課程設計(共21頁)

1、PAGE 電子(dinz)與電氣工程學院課程設計報告(bogo)課 程 名 稱 自動控制(z dn kn zh)原理 設 計 題 目 串聯(lián)超前校正裝置的設計 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 華貴山 2015年 12 月 26 日電氣學院 自動控制原理 課程設計任 務 書設計(shj)名稱： 串聯(lián)超前校正裝置(zhungzh)的設計 學生(xu sheng)姓名： 指導教師： 華貴山 起止時間：自 2015 年 12 月 13 日起 至 2015 年 12 月 26 日止一、課程設計目的1、通過課程設計進一步掌握自動控制原

2、理課程的有關知識，加深對所學內容的理解，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，以保證得到最佳的系統(tǒng)。3、了解控制系統(tǒng)設計的一般方法、步驟。4、從總體上把握對系統(tǒng)進行校正的思路，能夠將理論運用于實際。二、課程設計任務和基本要求設計任務：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(huzh)原系統(tǒng)的Bode圖，確定(qudng)原系統(tǒng)的幅值裕度和相角裕度。3、繪制(huzh)原系統(tǒng)的Nyquist曲線。4、繪制原系統(tǒng)的

3、根軌跡。5、設計校正裝置，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、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 課程設計指導老師評價(pngji)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)超前校正裝置的設計指導老師評語指導老師簽名： 年 月 日 成績評定指導老師簽名： 年 月 日 目錄(ml)TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc3370 摘要(zhiyo)與關鍵字 PAGEREF _Toc33

4、70 1 HYPERLINK l _Toc827 1 校正(jiozhng)前系統(tǒng)分析 PAGEREF _Toc827 2 HYPERLINK l _Toc25913 1.1繪制原系統(tǒng)的單位階躍響應 PAGEREF _Toc25913 2 HYPERLINK l _Toc23708 1.2原系統(tǒng)BODE圖的繪制 PAGEREF _Toc23708 3 HYPERLINK l _Toc8337 1.3奈氏曲線 PAGEREF _Toc8337 4 HYPERLINK l _Toc4035 1.4根軌跡 PAGEREF _Toc4035 5 HYPERLINK l _Toc9388 2設計校正裝置

5、 PAGEREF _Toc9388 7 HYPERLINK l _Toc17259 2.1校正裝置的設計 PAGEREF _Toc17259 7 HYPERLINK l _Toc32750 2.2繪制校正裝置的bode圖 PAGEREF _Toc32750 7 HYPERLINK l _Toc11412 3對校正后的系統(tǒng)進行分析分析 PAGEREF _Toc11412 9 HYPERLINK l _Toc15045 3.1校正后系統(tǒng)的bode圖 PAGEREF _Toc15045 9 HYPERLINK l _Toc25527 3.2校正后的單位階躍響應 PAGEREF _Toc25527 1

6、0 HYPERLINK l _Toc32384 3.3校正后的奈式曲線 PAGEREF _Toc32384 11 HYPERLINK l _Toc31932 3.4繪制校正后的根軌跡 PAGEREF _Toc31932 13 HYPERLINK l _Toc10222 總結 PAGEREF _Toc10222 15 HYPERLINK l _Toc16278 參考文獻 PAGEREF _Toc16278 16電氣學院自動控制原理課程設計- PAGE 17 -電氣學院自動控制原理課程設計串聯(lián)超前校正裝置(zhungzh)的設計摘要(zhiyo)與關鍵字摘要(zhiyo)：所謂校正，就是在系統(tǒng)中加

7、入一些其參數(shù)可以根據需要而改變的機構或裝置，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)用戶所需的各種計算功能。這次課程設計能學會用MATLAB設計控制系統(tǒng)以滿足具體的性能指標并靈活應用MATLAB的CONTROL SYSTE

8、M工具箱和SIMULINK仿真軟件，分析系統(tǒng)的性能。關鍵字：控制系統(tǒng) ；串聯(lián)超前校正 ；Matlab1 校正(jiozhng)前系統(tǒng)分析1.1繪制原系統(tǒng)(xtng)的單位階躍響應對原系統(tǒng)進行(jnxng)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(sys1,t)hold ongridhold off圖1單位階躍響應曲線 1.2原系統(tǒng)(x

9、tng)BODE圖的繪制(huzh)典型(dinxng)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(qxin)系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)標準(biozhn)形式為G（s）=2500/s(s+25)。分析(fnx)：起點：A(w)=，(w)=-90終點：A(w)=0，(w)=-180。與實軸的交點：經計算得G(jw)=-2500J(Jw-25)/w(w+625)

10、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(guj)由公式(gngsh)可得開環(huán)傳遞函數(shù)的標準(biozhn)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MAT

11、LAB仿真繪制根軌跡圖如圖4所示。其仿其仿真文本為：根據式可得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(jdin)分布 2設計校正(jiozhng)裝置2.1校正(jiozhng)裝置的設計根據題意(t y)：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 ；計算校正后的截止頻率

12、 ； ； ； 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)確定超前校正網絡的傳遞函數(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(jiozhng)裝置的bode圖3對校正后

13、的系統(tǒng)進行(jnxng)分析分析串聯(lián)(chunlin)校正后的開環(huán)傳遞函數(shù)： =3.1校正(jiozhng)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(xin jio)裕度：幅值裕度：設穿越(chun y

14、u)頻率為，則有 ；得 = = 3.2校正(jiozhng)后的單位階躍響應應用MATLAB仿真繪制階躍響應如圖8： 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(dnwi)階躍響應3.3校正(jiozhng)后的奈式曲線 =對校正(jiozhng)后的開環(huán)傳遞函數(shù)進行系統(tǒng)分析： 起點(qdin) 終點 與實軸的交

15、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);num1=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(jiozhng)后的奈式曲線3.4繪制校正(jiozhng)后的根軌跡 ；對系統(tǒng)分析如下(rxi)：開環(huán)零點 開環(huán)極點 根軌跡數(shù)為 漸近線角度 漸

16、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=0.027 1;den1=0.0095 1;sys2=tf(num1,den1);sys3=sys1*sys2;rlocus(sys3) 圖10校正(jiozhng)后的根軌跡總結(zngji)系統(tǒng)的校正問題，是一種原理性的局部設計。問題的提法是在系統(tǒng)的基本部分，通常是對象、執(zhí)行機構和測量元件等主要部件，已經確定的條件下，設計校正裝置的傳遞函數(shù)和調整系統(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

17、設計問題通常稱為系統(tǒng)的校正或動態(tài)補償器設計。由于校正裝置加入系統(tǒng)的方式不同，所起的作用不同，名目眾多的校正設計問題或動態(tài)補償器設計問題，成了控制理論中一個極其活躍的領域(ln y)，而且它也是最有實際應用意義的內容之一。在這次的課程設計之前，對于自控控制原理的相關知識，我們重新翻看好幾遍以前的書本。在校正設計時候，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行業(yè)的學生這是很重要的。通過課程設計我學到不少東西，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(tngsh)，這次期末的課程設計，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(yunl). 第5版. 北京：科學出版社，20072曹巖，李明雨，李勇，蔣寶峰.MATLAB R2008數(shù)學(shxu)和控制實例教程.-北京：化學工業(yè)出版社