轉(zhuǎn)子繞線機控制器的設(shè)計

武漢理工大學(xué)《自動控制原理》課程設(shè)計說明書課程設(shè)計題目:轉(zhuǎn)子繞線機控制器的設(shè)計初始條件：已知轉(zhuǎn)子繞線機控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)是要求系統(tǒng)在單位斜坡輸入作用下的穩(wěn)態(tài)誤差為，相角裕度。要求完成的主要任務(wù):（包括課程設(shè)計工作量及其技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求）作出滿足初始條件的最小K值的未校正系統(tǒng)伯德圖，計算系統(tǒng)的幅值裕度和相位裕度。在系統(tǒng)前向通路中插入一相位滯后校正裝置，確定校正網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)。并用MATLAB畫出已校正系統(tǒng)的伯德圖，計算已校正系統(tǒng)的幅值裕量和相位裕量。畫出未校正和已校正系統(tǒng)的根軌跡。用Matlab畫出已校正系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線、求出超調(diào)量、峰值時間、調(diào)節(jié)時間及穩(wěn)態(tài)誤差。課程設(shè)計說明書中要求寫清楚計算分析的過程，列出MATLAB程序和MATLAB輸出。說明書的格式按照教務(wù)處標(biāo)準(zhǔn)書寫。時間安排：任務(wù)時間（天）指導(dǎo)老師下達(dá)任務(wù)書，審題、查閱相關(guān)資料2分析、計算2編寫程序1撰寫報告2論文答辯1指導(dǎo)教師簽名：年月日系主任（或責(zé)任教師）簽名：年月日目錄摘要 摘要自動控制技術(shù)已廣泛應(yīng)用于制造業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、航空及航天等眾多產(chǎn)業(yè)部門，極大地提高了社會勞動生產(chǎn)率，改善了人們的勞動條件，豐富和提高了人民的生活水平。在今天的社會生活中，自動化裝置無所不在，為人類文明進步做出了重要貢獻(xiàn)。為了實現(xiàn)各種復(fù)雜的控制任務(wù)，首先要將被控對象和控制裝置按照一定的方式連接起來，再通過相應(yīng)的物理公式和數(shù)學(xué)方法，將其模型化、公式化。通過自動控制原理，及其相關(guān)的技術(shù)，將不理想的系統(tǒng)，通過分析、校正等方式達(dá)到所要求的目標(biāo)。而本次課程設(shè)計正是基于以上思路，對轉(zhuǎn)子繞線機的控制器進行分析校正，使得它的靜態(tài)誤差及動態(tài)響應(yīng)滿足設(shè)計要求。通過MATLAB進行仿真分析，使用其繪制伯德圖、根軌跡圖等功能，完成系統(tǒng)的設(shè)計。關(guān)鍵詞：自動控制原理滯后校正系統(tǒng)分析MATLAB1.設(shè)計目的與要求1.1設(shè)計的目的題目：已知轉(zhuǎn)子繞線機控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)是要求系統(tǒng)在單位斜坡輸入作用下的穩(wěn)態(tài)誤差為，相角裕度。1.2設(shè)計的要求作出滿足初始條件的最小K值的未校正系統(tǒng)伯德圖，計算系統(tǒng)的幅值裕度和相位裕度。在系統(tǒng)前向通路中插入一相位滯后校正裝置，確定校正網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)。并用MATLAB畫出已校正系統(tǒng)的伯德圖，計算已校正系統(tǒng)的幅值裕量和相位裕量。畫出未校正和已校正系統(tǒng)的根軌跡。用Matlab畫出已校正系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線、求出超調(diào)量、峰值時間、調(diào)節(jié)時間及穩(wěn)態(tài)誤差。課程設(shè)計說明書中要求寫清楚計算分析的過程，列出MATLAB程序和MATLAB輸出。說明書的格式按照教務(wù)處標(biāo)準(zhǔn)書寫。2.設(shè)計方案與原理2.1設(shè)計的方案 根據(jù)題目分析，初步粗略計算發(fā)現(xiàn)，校正前截止頻率為5.7°，相角裕度為11°，而設(shè)計要求為相角裕度到50°，且沒有要求截止頻率。 可以證明，當(dāng)超前網(wǎng)絡(luò)的a值渠道100時，系統(tǒng)的相角裕度仍不到50°，而截止頻率卻大大增加，考慮到本系統(tǒng)對截止頻率要求不大，故選用串聯(lián)之后校正。 利用滯后網(wǎng)絡(luò)進行串聯(lián)校正，是利用滯后校正的高頻幅值衰減特性，使已校正的系統(tǒng)截止頻率下降，從而使系統(tǒng)獲得足夠的相角裕度。因此，滯后網(wǎng)絡(luò)的最大滯后角應(yīng)力求避免發(fā)生在截止頻率附近。2.2設(shè)計的原理 通過分析系統(tǒng)逐步確定其矯正系統(tǒng)參數(shù)，具體步驟如下：1.根據(jù)穩(wěn)態(tài)誤差要求求出K值；2.畫出未校正系統(tǒng)的波特圖，并求；3.波特圖上繪制出曲線；4.根據(jù)穩(wěn)態(tài)誤差要求，求出校正系統(tǒng)的截止頻率；5.根據(jù)公式和,可求出b和t;6.驗證已校正系統(tǒng)的相位裕度和幅值裕度；3.設(shè)計分析與計算3.1校正前最小K值的系統(tǒng)頻域分析已知轉(zhuǎn)子繞線機控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)是：，穩(wěn)態(tài)誤差為，靜態(tài)速度誤差系數(shù)。3.2滯后校正3.2.1滯后校正函數(shù)的確定求滯后校正的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)可以按設(shè)計原理所講述的方法進行求解，但過程比較麻煩，這里使用MATLAB進行編程求解的方法。操作簡單，可快速得到結(jié)果。由于按設(shè)計要求幅值裕度。根據(jù)要求令相角裕度γ=50°并附加6°，即取γ=56°。設(shè)滯后校正器的傳遞函數(shù)為：校正前的開環(huán)傳遞函數(shù)為：用matlab編寫滯后校正的程序代碼如下：k0=500;n1=1;d1=conv(conv([10],[15]),[110]);Go=tf(k0*n1,d1);[mag,phase,w]=bode(Go);Mag=20*log10(mag);Pm=50;Pm1=Pm+6;Qm=Pm1*pi/180;b=(1-sin(Qm))/(1+sin(Qm));Lcdb=-20*log10(b);wc=spline(Mag,w,Lcdb);T=10/(wc*b);Tz=b*T;Gc=tf([Tz1],[T1]) 圖2滯后環(huán)節(jié)函數(shù)的計算得到結(jié)果為：3.2.2校正后的系統(tǒng)頻域分析使用matlab檢驗是否符合要求，程序代碼為：s1=tf(K*n1,d1);n2=[10.921];d2=[116.81];s2=tf(n2,d2);sys=s1*s2;[mag,phase,w]=bode(sys);margin(sys)圖3系統(tǒng)校正后bode圖由上圖可知：MATLAB仿真結(jié)果為：Gm=32.8dBPm=77.7deg（符合設(shè)計要求） 4.系統(tǒng)校正前后的根軌跡4.1校正前的根軌跡由于系統(tǒng)未校正前的開環(huán)傳遞函數(shù)為：使用MATLAB畫根軌跡代碼如下：num=500den=conv(conv([1,0],[1,5]),[1,10])rlocus(num,den)title('控制系統(tǒng)未校正前根軌跡圖')圖4校正前根軌跡圖4.2校正后的根軌跡系統(tǒng)校正后的開環(huán)傳遞函數(shù)為：使用MATLAB畫根軌跡代碼如下：num=500*[10.92,1]den=conv(conv([1,10],[116.8,1]),[1,5,0])rlocus(num,den)title('控制系統(tǒng)校正后根軌跡圖')圖5校正后根軌跡圖圖6校正后根軌跡局部放大圖5.已校正系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)及仿真分析系統(tǒng)校正后的開環(huán)傳遞函數(shù)為：單位負(fù)反饋閉環(huán)傳遞函數(shù)為：使用MATLAB求校正后系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)的性能指標(biāo)代，代碼如下：然后使用matlab中的LTIViewer工具，在MATLAB提示符后,輸入ltiview，即可啟動該圖形軟件。從File的下拉菜單中選中→import選項選擇需要仿真的系統(tǒng)。選擇窗口中的Lsys系統(tǒng)，并用鼠標(biāo)點擊OK。在畫面中點擊鼠標(biāo)右鍵，選擇“Characteristics”選項，再選擇“PeakTime”項可得階躍響應(yīng)曲線中的峰值時間。在畫面中點擊鼠標(biāo)右鍵，選擇“Characteristics”選項，再選擇“SettlingTime”、“RiseTime”、“SteadyState”選項可得階躍響應(yīng)曲線中的調(diào)節(jié)時間，上升時間,穩(wěn)態(tài)值，單擊各個點，圖中顯示相應(yīng)的數(shù)據(jù)，可通過鼠標(biāo)移動標(biāo)注的位置。通過點擊“Edit”菜單，在彈出的下拉菜單中選擇“ViewerPreferences”項，設(shè)定階躍響應(yīng)的上升時間范圍為最終穩(wěn)態(tài)值的0~90%，調(diào)節(jié)時間的誤差帶為2%，即可得到系統(tǒng)校正后的單位階躍響應(yīng)曲線?；贑8051F單片機直流電動機反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機的通用控制模塊的研究基于單片機實現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機控制的二級倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強型51系列單片機的TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)基于單片機的蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機的交流伺服電機運動控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機的泵管內(nèi)壁硬度測試儀的研制基于單片機的自動找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機的液壓動力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機實現(xiàn)一種基于單片機的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機的噴油泵試驗臺控制器的研制基于單片機的軟起動器的研究和設(shè)計基于單片機控制的高速快走絲電火花線切割機床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機的機電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機的智能手機充電器基于單片機的實時內(nèi)核設(shè)計及其應(yīng)用研究基于單片機的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機系統(tǒng)單片機系統(tǒng)軟件構(gòu)件開發(fā)的技術(shù)研究基于單片機的液體點滴速度自動檢測儀的研制基于單片機系統(tǒng)的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機的電能采集終端的設(shè)計和應(yīng)用基于單片機的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機單片機控制系統(tǒng)的研制基于單片機的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機的多生理信號檢測儀基于單片機的電機運動控制系統(tǒng)設(shè)計Pico專用單片機核的可測性設(shè)計研究基于MCS-51單片機的熱量計基于雙單片機的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機構(gòu)建機器人的實踐研究基于單片機的輪軌力檢測基于單片機的GPS定位儀的研究與實現(xiàn)基于單片機的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機的時控和計數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機和CPLD的粗光柵位移測量系統(tǒng)研究單片機控制的后備式方波UPS提升高職學(xué)生單片機應(yīng)用能力的探究基于單片機控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機控制的水下焊接電源的研究基于單片機的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機的氚表面污染測量儀的研制基于單片機的紅外測油儀的研究96系列單片機仿真器研究與設(shè)計基于單片機的單晶金剛石刀具刃磨設(shè)備的數(shù)控改造基于單片機的溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)基于MSP430單片機的電梯門機控制器的研制基于單片機的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機的CAN/USB協(xié)議轉(zhuǎn)換器基于單片機和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測技術(shù)研究基于單片機的膛壁溫度報警系統(tǒng)設(shè)計基于AVR單片機的低壓無功補償控制器的設(shè)計基于單片機船舶電力推進電機監(jiān)測系統(tǒng)基于單片機網(wǎng)絡(luò)的振動信號的采集系統(tǒng)基于單片機的大容量數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的應(yīng)用研究基于單片機的疊圖機研究與教學(xué)方法實踐基于單片機嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)的研究及實現(xiàn)基于AT89S52單片機的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于單片機的多道脈沖幅度分析儀研究機器人旋轉(zhuǎn)電弧傳感角焊縫跟蹤單片機控制系統(tǒng)基于單片機的控制系統(tǒng)在PLC虛擬教學(xué)實驗中的應(yīng)用研究基于單片機系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信研究與應(yīng)用基于PIC16F877單片機的莫爾斯碼自動譯碼系統(tǒng)設(shè)計與研究基于單片機的模糊控制器在工業(yè)電阻爐上的應(yīng)用研究基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)基于Cygnal單片機的μC/OS-Ⅱ的研究基于單片機的一體化智能差示掃描量熱儀系統(tǒng)研究基于TCP/IP協(xié)議的單片機與Internet互聯(lián)的研究與實現(xiàn)變頻調(diào)速液壓電梯單片機控制器的研究基于單片機γ-免疫計數(shù)器自動換樣功能的研究與實現(xiàn)基于單片機的倒立擺控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)單片機嵌入式以太網(wǎng)防盜報警系統(tǒng)基于51單片機的嵌入式Internet系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)單片機監(jiān)測系統(tǒng)在擠壓機上的應(yīng)用MSP430單片機在智能水表系統(tǒng)上的研究與應(yīng)用基于單片機的嵌入式系統(tǒng)中TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)與應(yīng)用單片機在高樓恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用基于ATmega16單片機的流量控制器的開發(fā)基于MSP430單片機的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)及智能網(wǎng)絡(luò)水表的設(shè)計基于MSP430單片機具有數(shù)據(jù)存儲與回放功能的嵌入式電子血壓計的設(shè)計基于單片機的氨分解率檢測系統(tǒng)的研究與開發(fā)鍋爐的單片機控制系統(tǒng)基于單片機控制的電磁振動式播種控制系統(tǒng)的設(shè)計基于單片機技術(shù)的WDR-01型聚氨酯導(dǎo)熱系數(shù)測試儀的研制一種RISC結(jié)構(gòu)8位單片機的設(shè)計與實現(xiàn)基于單片機的公寓用電智能管理系統(tǒng)設(shè)