燃油調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)校正裝置設(shè)計(jì)120607133

1、自 動(dòng) 控 制 原 理 課 程 設(shè) 計(jì)題 目 燃油調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)校正裝置 專 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 姓 名 楊潤(rùn)地 班 級(jí) 1206071 學(xué) 號(hào) 120607133 指導(dǎo)教師 何琳琳 職 稱 教授 專業(yè)鄭 州 航 空 工 業(yè) 管 理 學(xué) 院機(jī) 電 工 程 學(xué) 院2014 年 12 月自動(dòng)控制課程設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)目的 通過課程設(shè)計(jì)，掌握自動(dòng)控制理論基本原理、一般電學(xué)系統(tǒng)自動(dòng)控制方法的基礎(chǔ)上，用MATLAB實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的仿真與調(diào)試。 二、設(shè)計(jì)要求 收集和查閱有關(guān)技術(shù)資料，獨(dú)立完成所承擔(dān)的設(shè)計(jì)課題的全部?jī)?nèi)容，初步掌握設(shè)計(jì)原則、設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)步驟和設(shè)計(jì)規(guī)范的應(yīng)用； 對(duì)工程設(shè)計(jì)方案進(jìn)行選擇和分析；繪制設(shè)計(jì)圖；

2、撰寫說明書。具體要求如下：1.根據(jù)所學(xué)的控制理論知識(shí)（頻率法、根軌跡法等）進(jìn)行人工設(shè)計(jì)校正裝置，初步設(shè)計(jì)出校正裝置傳遞函數(shù)形式及參數(shù)；2.在MATLAB下，用simulink進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，在計(jì)算機(jī)上對(duì)人工設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真調(diào)試使其滿足技術(shù)要求； 3.確定校正裝置的電路形式及電路參數(shù)（選作）；4.完成設(shè)計(jì)報(bào)告。 本課程設(shè)計(jì)以設(shè)計(jì)報(bào)告的形式提交，要求論點(diǎn)清楚，論據(jù)充分，結(jié)構(gòu)合理；分析問題有層次。包括設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)過程、圖（曲線），總結(jié)和數(shù)字仿真。 三、設(shè)計(jì)題目 燃油調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)校正裝置設(shè)計(jì) 已知燃油控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為:G(s)= ,設(shè)計(jì)超前校正裝置,使其校正后閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)滿足:階躍響應(yīng)的超調(diào)量

3、,調(diào)整時(shí)間,系統(tǒng)單位斜波響應(yīng)穩(wěn)態(tài)誤差。四、設(shè)計(jì)步驟思路：依題可知系統(tǒng)的性能指標(biāo)是在時(shí)域范圍內(nèi)提出的，給定了要求的超調(diào)量、調(diào)整時(shí)間及穩(wěn)態(tài)誤差，則采用根軌跡法進(jìn)行設(shè)計(jì)和校正是很有效的，所以該題選用根軌跡法來設(shè)計(jì)校正裝置，最終使系統(tǒng)滿足要求，并利用MATLAB來進(jìn)行校驗(yàn). 1.由所給開環(huán)傳遞函數(shù)畫根軌跡圖：（1）系統(tǒng)有三個(gè)開環(huán)極點(diǎn)：0、-4、-10，沒有開環(huán)零點(diǎn)，所以根軌跡有三條，分別起始于開環(huán)極點(diǎn)，均趨于無窮遠(yuǎn)處； （2）實(shí)軸上的根軌跡段為（-，10）和4，0區(qū)域，根軌跡對(duì)稱于實(shí)軸且連續(xù)變化；（3）漸近線與實(shí)軸交點(diǎn)為：與實(shí)軸夾角為：（4）分離點(diǎn)會(huì)合點(diǎn)為：， 解得：=+1.76 =0.812； =-

4、7.57 =1.64；（5）與虛軸交點(diǎn)根據(jù)特征方程求解得：，；令實(shí)部和虛部為零：和解得：=0，k=0 ,k=14所以原系統(tǒng)的根軌跡如下圖所示： （注：用手繪和MATLAB繪制而成）依題知要求單位斜波響應(yīng)穩(wěn)態(tài)誤差：，則：可設(shè)校正裝置的傳遞函數(shù)為：， 校正增益為則得：求得： 原系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線圖如下所示：（用MATLAB獲得） >> numg=10; >>deng=conv(1 0,conv(0.25 1,0.1 1); >>num1,den1=cloop(numg,deng); >>t=0:0.1:20; >>c1,x1,t=st

5、ep(num1,den1,t); >> plot(t,c1,'-');grid; 以曲線圖可知原系統(tǒng)的階躍響應(yīng)超調(diào)量,調(diào)整時(shí)間,沒有滿足要求，所以必須進(jìn)行校正。2.根據(jù)題目要求及公式可求得性能指標(biāo)和的值：，解得：=0.36；由曲線圖得振幅進(jìn)入±5%的誤差范圍此時(shí)：，解得：；求得滿足題給條件的閉環(huán)極點(diǎn)為：=-3.75±j9.72；對(duì)照根軌跡圖可看出原系統(tǒng)根軌跡不通過希望的閉環(huán)極點(diǎn)，且根軌跡位于期望極點(diǎn)的右側(cè)，則原根軌跡需要加以修正可在系統(tǒng)的前向通道中串入超前校正裝置。 3. 校正裝置的確定：應(yīng)使串入超前校正裝置后的的系統(tǒng)根軌跡通過希望的閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)

6、，也就需要滿足相角條件：校正裝置產(chǎn)生的超前相角為:用圖形來表示超前校正裝置零、極點(diǎn)應(yīng)提供的超前相角，如圖所示對(duì)于給定的值，校正裝置的零、極點(diǎn)位置不是唯一的，在這取系數(shù)為最大可能值時(shí)確定的零、極點(diǎn)。 依圖得：由此確定超前校正裝置的零、極點(diǎn)位置(不唯一)。 原系統(tǒng)在希望主導(dǎo)極點(diǎn)上得相角為： 因此為使根軌跡通過希望的閉環(huán)極點(diǎn)，超前裝置應(yīng)在該點(diǎn)（點(diǎn)）上產(chǎn)生=70°的相角。而=，所以有代入上式得：-3.65 -38.26；故校正裝置的傳遞函數(shù)化為：;所以：=0.274，=0.026；校正傳遞函數(shù)化為：；為補(bǔ)償超前校正裝置的幅值衰減，需要串入一個(gè)放大倍數(shù)為的補(bǔ)償放大器，有前面算得的=5，所以校正

7、裝置的傳遞函數(shù)可視為：；校正后的開環(huán)傳遞函數(shù)為：4.校正后傳遞函數(shù)的根軌跡及單位階躍響應(yīng)曲線的變化。 校正后的系統(tǒng)根軌跡如圖所示: >> num=2.74 10; >> den=conv(1 0,conv(0.25 1,conv(0.1 1,0.026 1); >>rlocus(num,den); 校正后的單位階躍響應(yīng)曲線圖如下圖所示 >> numc=2.74 10; >>denc=conv(1 0,conv(0.25 1,conv(0.1 1,0.026 1); >>num2,den2=cloop(numc,denc);

8、 >> t=0:0.1:10; >> c2,x2,t=step(num2,den2,t); >>plot(t,c2,'-');grid; 由系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線圖可以得到系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)為：超出量：,調(diào)整時(shí)間,而且系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為：，又因?yàn)樗缘玫?，符合題目要求。 以上各項(xiàng)及計(jì)算均存在一定誤差，但總體上滿足題目要求，所以所求校正傳遞函數(shù)符合條件，校正后的傳遞函數(shù)能實(shí)現(xiàn)題中的要求。五、Simulink仿真與調(diào)試 1.確定校正裝置的電路形式及電路參數(shù)根據(jù)校正網(wǎng)絡(luò)及其特性和上面所求得校正裝置的表達(dá)式來看，本次超前校正裝置可用無源網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)，超前校正

9、裝置的無源網(wǎng)絡(luò)如圖所示：網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的超前校正裝置其傳遞函數(shù)為：令, 則：，超前校正裝置的零點(diǎn)，極點(diǎn)，由上面獲得的校正裝置的零點(diǎn)、極點(diǎn)為：，極點(diǎn)；解得：=0.09，=0.274，取C=0.1代入、式，可得：=2.74，=0.2712.在Simulink下的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和校正 利用Simulink仿真環(huán)境進(jìn)行動(dòng)態(tài)反仿真，采用超前校正設(shè)計(jì)的Simulink模型圖如下所示: 校正前、后單位階躍響應(yīng)曲線：6、 設(shè)計(jì)總結(jié) 通過這次的自動(dòng)控制原理課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我們動(dòng)手、思考和解決問題的能力。同時(shí)使我們有掌握了Matlab軟件的應(yīng)用。我覺得做課程設(shè)計(jì)同時(shí)也是對(duì)課本知識(shí)的鞏固和加強(qiáng)，由于課本上的知識(shí)太多，平時(shí)課間的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運(yùn)用各個(gè)原理的功能，而且考試內(nèi)容有限，所以在這次課程設(shè)計(jì)過程中，我們了解了很多原理的功能。平時(shí)看課本時(shí)，有時(shí)問題老是弄不懂，做完課程設(shè)計(jì)，那些問題就迎刃而解了。而且還可以記住很多東西。認(rèn)識(shí)來源于實(shí)踐，實(shí)踐是認(rèn)識(shí)的動(dòng)力和最終目的，實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。所以這個(gè)期末的課程設(shè)計(jì)對(duì)我們的作用是非常大的。雖然課程設(shè)計(jì)確實(shí)有些困難，但苦中也有樂，在如今單一的理論學(xué)習(xí)中，很少有機(jī)會(huì)能有實(shí)踐的機(jī)會(huì)。也許有人不喜歡這類的工作，也許有人認(rèn)為設(shè)計(jì)的工作有些枯燥，但我認(rèn)為無論干什么，只要認(rèn)真去做，一定會(huì)