轉(zhuǎn)子滯后校正

/..。大學(xué)設(shè)計(jì)課題：轉(zhuǎn)子繞線機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)院系：電氣與電子工程學(xué)院姓名：。學(xué)號:。．。。。．班級：自動化1班指導(dǎo)老師：..基于滯后法校正法的轉(zhuǎn)子繞線機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。..(。。.大學(xué)自動化專業(yè),湖北省，武漢市,4３0００0）摘要利用MATLAB軟件的Sｉmulｉnk仿真平臺，對轉(zhuǎn)子繞線機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模和系統(tǒng)仿真,并結(jié)合Ｂｏde圖進(jìn)行分析研究，確定調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制器參數(shù)，從而獲得理想的設(shè)計(jì)結(jié)果.通過對其進(jìn)行仿真研究，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的可行性。Ａbstｒａcｔ：Thｅmｉni－compuｔｅrｃonｔrｏlｓyｓｔemｉsdeveｌｏpedmainlyfoｒsmalｌerscａlｅinduｓtryａpplicatiｏns。AｄｏptｉngｔheｅmbｅddingsysｔｅmandＭｏdｂusｆｉｅldｂusｔｅchｎoｌogy,opeｎｉnginteｌｌigentI／Ｏmoduleandｒeａl—timeoｎ-lineｃonｔｒolstｒaｔegy,thｅsyｓｔemｈasflexiblecontrolｌingandhuｍan-maｃhineｉnterface,betｔeｒreｌiabilitｙaｎdstａbｉｌｉtｙ,ｓtroｎgｅｘｔenｓiｂilｉtyanｄlowｐrｉce，eｔc.關(guān)鍵字控制器；直流調(diào)速系統(tǒng)；串聯(lián)滯后校正；Maltlａb仿真；SimulinkBode圖１。引言在現(xiàn)代化工業(yè)中，轉(zhuǎn)子繞線機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用日益廣泛。轉(zhuǎn)子繞線機(jī)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的控制功能是過直流調(diào)速系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的．繞線機(jī)系統(tǒng)是一種特殊的直流調(diào)速系統(tǒng)．傳統(tǒng)的PIＤ直流調(diào)速系統(tǒng)Ｌ１]基本上由比例調(diào)節(jié)器、微分調(diào)節(jié)器和積分調(diào)節(jié)器組成．此次設(shè)計(jì)采用一種新的調(diào)節(jié)器,來完成該控制器數(shù)的調(diào)節(jié)和確定.采用Bode圖法和Sｉmulｉnｋ系統(tǒng)仿真對系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行進(jìn)一步的分析、判斷，得到適當(dāng)?shù)目刂破饕詫?shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子繞線機(jī)的正常工作.2.轉(zhuǎn)子繞線機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)要求2。1設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)目標(biāo)是用機(jī)器代替手工操作，為小型電機(jī)的轉(zhuǎn)子纏繞銅線。每個小型電機(jī)都有3個獨(dú)立的轉(zhuǎn)子線圈,上面需要纏繞幾百圈的銅線。繞線機(jī)用直流電機(jī)來纏繞銅線,它應(yīng)該能快速準(zhǔn)確地繞線，并使線圈連貫堅(jiān)固。采用自動繞線機(jī)后,操作人員只需從事插入空的轉(zhuǎn)子、按下啟動按鈕和取下繞線轉(zhuǎn)子等簡單操作。圖1繞線機(jī)控制系統(tǒng)繞線機(jī)控制系統(tǒng)如圖1所示,相應(yīng)的控制系統(tǒng)的原理方塊圖如圖2所示?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)的具體目標(biāo)是：使繞線速度和纏繞位置都具有很高的穩(wěn)態(tài)精度.也就是使繞線機(jī)系統(tǒng)對斜坡輸入有很高的穩(wěn)態(tài)精度.——-圖2繞線機(jī)控制系統(tǒng)的原理方塊圖該系統(tǒng)至少是個I型系統(tǒng),它響應(yīng)階躍輸入的穩(wěn)態(tài)誤差為零,系統(tǒng)對單位斜坡輸入的穩(wěn)態(tài)誤差為:其中２。２設(shè)計(jì)的具體要求：要求設(shè)計(jì)串聯(lián)校正裝置,使系統(tǒng)滿足下述性能指標(biāo):?系統(tǒng)對斜坡輸入響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)誤差小于１０%,;系統(tǒng)對階躍輸入的超調(diào)量在10％左右；按２%準(zhǔn)則的調(diào)節(jié)時間不超過3s。３。設(shè)計(jì)的步驟：繪制未校正系統(tǒng)的軌跡.根據(jù)x=0.５9，w=2．4９確定預(yù)期主導(dǎo)極點(diǎn)的容許區(qū)域，并進(jìn)一步在未校正系統(tǒng)的根軌跡上確定校正后的預(yù)期主導(dǎo)極點(diǎn).計(jì)算預(yù)期主導(dǎo)極點(diǎn)對應(yīng)的根軌跡增益和未校正系統(tǒng)的速度誤差系統(tǒng)K'v。計(jì)算b＝Kv/Ｋ’v，要求Kv＞=１0。根據(jù)求得的b，配置滯后校正網(wǎng)絡(luò)的零極點(diǎn)，使校正系統(tǒng)的根軌跡經(jīng)過預(yù)期主導(dǎo)極點(diǎn).本例設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)選定的預(yù)期主導(dǎo)極點(diǎn)，采用ｒｌｏcfind函數(shù)計(jì)算根軌跡增益的取值,得到b＝10;在配置滯后校正網(wǎng)絡(luò)的零極點(diǎn)時，取z=—0.１，極點(diǎn)p＝—0。01，以免明顯改正系統(tǒng)的根軌跡。于是所設(shè)計(jì)的滯后校正網(wǎng)絡(luò)為4.系統(tǒng)仿真圖:系統(tǒng)對單位斜坡輸入的穩(wěn)態(tài)誤差為:其中，要求穩(wěn)態(tài)誤差小于10％,故可得K1＝5０0開環(huán)增益Ｋ=1０。待校正系統(tǒng)的截止頻率＝7.07rａd／s繪制ｋ＝＝=５０0時未校正系統(tǒng)的Boｄｅ圖,如圖所示K1＝50０;nuｍ＝［１]；den＝[1，15，50，0］;［num,dｅｎ]=seriｅs(K1，1,ｎum，dｅn)；w=logspａcｅ（－1,2，2００）；[mａｇ，phasｅ，w]=ｂode(ｎum，ｄen，w）；[Gm，Ｐm,Wcg，Ｗcｐ］=ｍａrｇin（mag,ｐｈase,w);Ｐhi＝(60—Pｍ)＊pi/１8０；aｌpｈa=（1+ｓin（Phｉ)）/(1－sin（Phi）);M=－１0*lｏｇ1０（ａlｐha)＊ｏｎes(lenｇth（w),1）；［mａg,ｐhａse，w］＝bodｅ(num,ｄｅn,w）;semilogx(w,２0*log10(ｍaｇ），w，M，'——’);grｉd;４。1系統(tǒng)未校正前根軌跡：G0=tf(［1］,［1，15,5０，0]）;rlｏcus(G０）;ｈoldｏｎ;axｉｓ(［-1５,1,-１0,10］)；zeta＝0.59；ｗn＝2。４9;x=[-10:０。０1:－zｅta＊wｎ］；y=－sqrt((1－zetａ^2）／zａt(yī)a）*x；ｘｃ=［-1０：0.01:—ｚeta＊wｎ］；ｃ=sqrｔ（wｎ＾2－xc．＾２）；plot(ｘ,y,’—’,x,—y,'：',xc,c，'—．’，xc，－c，'－-’）；xlａｂel（’實(shí)軸’）;ylabｅｌ(’虛軸＇)４．２校正后根軌跡程序和仿真圖：G０=tf(［1],［1,１5，５0，0]）;Gc=tf（［1，0.1］,[1,0。01]）;Ｇ=serｉes(G０,Gｃ）；rlocus（Ｇ）；holdon；ａxｉｓ(［-1５，１,—10，10])；zeta＝０.59;ｗn=２。49;x=[-1０：0。01:－zetａ*wn];y=-ｓqrt（(1-zeta^2)/zata)＊x;xc=[—10:0。01：－zeta＊wn］;ｃ＝sqrｔ(wn＾2-ｘc。＾2）；ｐloｔ（x，y，＇—'，ｘ,-y,’：’，xc，c,＇-．＇,xc,-c，’-—’)；xlabｅl（＇實(shí)軸')；yｌabeｌ('虛軸'）；4。3校正后的系統(tǒng)階躍響應(yīng)程序和仿真圖：G0=ｔf（［1],[1，１５，5０,0]）；Gｃ=ｔf(１０0＊[1，0.１］,［1，0．0１］);G=sｅries（G0，Gc)；Ｇ１=feeｄbaｃk（Ｇ，1）；steｐ（G１）;grｉｄ;檢驗(yàn)表明，校正系統(tǒng)在超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間方面,基本滿足設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)的靜態(tài)速度誤差系數(shù)達(dá)到Ｋv=2０.5。主要參考資料：［１]胡壽松主編，自動控制原理［M]，第五版，北京，科學(xué)出版社,200７年[2]RiｃｈａrdC.DorｆandRｏｂeｒtH．Bishoｐ：ModeｒｎControlSysｔeｍs，NｉｎthＥdition,PearsoｎＥducation，200２年［3]薛定宇著,控制系統(tǒng)仿真與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)［M］，北京，機(jī)械工業(yè)出版社，20０5年［4］王鳳如主編，自動控制原理實(shí)驗(yàn)教程［M],北京，高等教育出版社,2０04年結(jié)束語

此次自動控制原理課程設(shè)計(jì),我收獲很多，從理論到實(shí)踐，我學(xué)到了很多很多。本次訓(xùn)練必須使用matlab軟件，使我又重新復(fù)習(xí)了使用matｌab。通過這次課程設(shè)計(jì)把理論和實(shí)際結(jié)合起來，在訓(xùn)練過程中使我意識到自己的很多不足之處,對以前所學(xué)過的知識理解的還不夠深刻,掌握得不夠牢靠，通過學(xué)習(xí)讓我對課本上的知識有了更深的理解.采用滯后校正法,校正后的系統(tǒng)能滿足對調(diào)節(jié)時間和超調(diào)量的設(shè)計(jì)要求,增大系統(tǒng)增益k，穩(wěn)態(tài)誤差會下降