轉子繞線機控制系統(tǒng)的串聯(lián)滯后超前校正設計.doc

1、課程設計任務書學生姓名： 殷偉冬 專業(yè)班級: 自動化0907班 指導教師： 劉志立 工作單位： 自動化學院 題 目： 轉子繞線機控制系統(tǒng)的串聯(lián)滯后超前校正設計 初始條件：已知轉子繞線機控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數是要求系統(tǒng)的靜態(tài)速度誤差系數，。要求完成的主要任務： （包括課程設計工作量及其技術要求，以及說明書撰寫等具體要求）1、 MATLAB作出滿足初始條件的最小K值的系統(tǒng)伯德圖，計算系統(tǒng)的幅值裕度和相位裕度。2、 前向通路中插入一滯后超前校正裝置，確定校正網絡的傳遞函數。3、 用MATLAB畫出未校正和已校正系統(tǒng)的根軌跡.4、 用Matlab對校正前后的系統(tǒng)進行仿真分析，畫出階躍響應曲線，計算其時

2、域性能指標。5、 課程設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處標準書寫。時間安排： 任務時間（天)審題、查閱相關資料1分析、計算3編寫程序1撰寫報告2論文答辯0。5指導教師簽名： 年 月 日系主任(或責任教師）簽名: 年 月 日目錄1串聯(lián)滯后-超前校正原理12 校正前系統(tǒng)穩(wěn)定情況分析22。1校正前系統(tǒng)的伯德圖22。2未校正前的系統(tǒng)裕度32。3校正前的根軌跡43基于伯德圖后的超前滯后校正53.1確定滯后超前校正的傳遞函數53.2 校正后系統(tǒng)穩(wěn)定情況63.2。1校正后系統(tǒng)的伯德圖63.2.2校正系統(tǒng)的幅值裕值74校正前后的性能比較95課程

3、設計小結11參考文獻12轉子繞線機控制系統(tǒng)的串聯(lián)滯后-超前校正設計 1串聯(lián)滯后-超前校正原理串聯(lián)滯后校正兼有滯后和超前校正的優(yōu)點，校正后系統(tǒng)響應的速度也較快，超調量較小，同時抑制高頻噪聲的性能也好.當被校正的系統(tǒng)不穩(wěn)定,并且要求校正后系統(tǒng)的響應速度、相角裕量和穩(wěn)態(tài)精度較高時，以采用串聯(lián)滯后超前校正為宜。該方法利用滯后超前校正器的超前部分來增大系統(tǒng)的相角裕量，同時有利用滯后部分來改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性能。超前校正的基本原理就是利用超前相角補償系統(tǒng)的滯后相角，改善系統(tǒng)的動態(tài)性能，如增加相角裕度，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性能等。但是串聯(lián)超前校正給系統(tǒng)中頻段增加理論上不超過90，實際上一般不超過65的相角,提高系統(tǒng)的穩(wěn)

4、定裕度,但降低了抗干擾性能（高頻）。串聯(lián)滯后-超前校正的設計步驟如下: （1）根據穩(wěn)態(tài)性能要求確定開環(huán)增益k,并繪制未校正系統(tǒng)的伯德圖。（2）選擇校正后的截止頻率.（3）確定校正參數。（4)確定滯后校正部分的參數 。（5）確定超前部分的參數。(6）將滯后校正部分和超前校正部分的傳遞函數組合在一起，即得滯后-超前校正的傳遞函數為 （11)（7)繪制校正后的伯德圖，檢驗性能指標。2 校正前系統(tǒng)穩(wěn)定情況分析2.1校正前系統(tǒng)的伯德圖由已知的條件，校正前的傳遞函數可以整理為 (2-1)當系統(tǒng)的靜態(tài)速度誤差為，這得，則待校正的開環(huán)傳遞函數為 (2-2)上式為最小相位系統(tǒng),用matlab畫出的未校正前的伯德

5、圖為Num=900；Den=1 20 75 0;Bode（num,den)Grid得到圖1如下:圖1系統(tǒng)校正前的伯德圖2。2未校正前的系統(tǒng)裕度用matlab求校正前的相角裕度和幅值裕度，程序為G=tf（900,1 20 75 0)；kg,r=margin（G)運算后得到結果：kg=1。6667 r=13.2774 很顯然，r遠遠小于55度2。3校正前的根軌跡用matlab求校正前的根軌跡，程序為:Num=1Den=1 20 75 0Rlous（num，den）Title(校正前根軌跡圖) 圖2系統(tǒng)校正前的根軌跡圖3基于伯德圖后的超前滯后校正3.1確定滯后-超前校正的傳遞函數 1）選擇校正后的截

6、止頻率.若性能指標中對系統(tǒng)的快速性未提明確要求時，一般對應 的頻率作為，從圖3可以看出 圖32）確定校正參數確定校正參數.由超前部分應產生的超前相角而定，又故=13.933）確定滯后校正部分的參數 ，一般取, 因此滯后部分的傳遞函數為 (3-1)4)確定超前部分的參數 ，過點作20db/dec直線，由該直線與0dB線交點坐標確定由 得因此超前部分的傳遞函數為： (3-2）5）將滯后校正部分和超前校正部分的傳遞函數組合在一起,即得滯后-超前校正的傳遞函數為： (3-3）所以系統(tǒng)校正后的傳遞函數為: （34）3。2 校正后系統(tǒng)穩(wěn)定情況3。2.1校正后系統(tǒng)的伯德圖校正后的伯德圖，程序為Num=191

7、7 2700 900Den=2.14 59 486 1217。5Bode(num，den）title('系統(tǒng)校正后的伯德圖')校正后的系統(tǒng)伯德圖如圖4 圖4校正后的系統(tǒng)伯德圖3。2.2校正系統(tǒng)的幅值裕值用matlab求校正后的幅值裕值，程序如下：G=tf（9002.13 3 1,2。14 59 486 1217。5 75 0）kg，r=margin(G）運行后得到結果如下:k=5.3， .符合要求。用MATLAB畫出校正后的根軌跡圖，程序如下:Num=2。13 3 1Den=2。14 59 486 1217。5 75 0Rlocus(num,den)title（系統(tǒng)校正后的根軌

8、跡圖')用matlab畫出校正后的根軌跡圖如下: 圖5校正后的根軌跡圖 4校正前后的性能比較用MATLAB繪制系統(tǒng)校正前后階躍響應曲線,程序為：num1=900；den1=1 20 75 900;num2=1917 2700 900;den2=2。14 59 486 1217.5 75 900；t=0:0。02:2。5;numc1,denc1=cloop(num1，den1);y1=step(numc1，denc1,t);numc2,denc2=cloop(num2，den2）；y2=step(numc2，denc2，t）；plot（t,y1,y2）;grid;gtext（'校

9、正前')；gtext（校正后'）； 圖6校正前后對比圖由圖可以看出,校正前系統(tǒng)不穩(wěn)定，加入滯后-超前校正后,系統(tǒng)穩(wěn)定，超調量很小，從始至終系統(tǒng)將接近一條直線，反應速度也比前的快.系統(tǒng)的各項指標得到了很大的改善,滿足了系統(tǒng)要求。5課程設計小結通過這次課程設計，讓我收獲良多，首先學會了超前滯后校正的原理，其次教會了我如何使用matlab繪制伯德圖和根軌跡圖形，鍛煉了我自主學習的能力和動手能力.做此次課設，首先需要運用自己已經學過的知識，比如如何定參數，以及伯德圖的繪制和根軌跡的繪制。還要學會自己動手編寫程序，熟悉掌握matlab軟件.這次校正系統(tǒng)的設計，我不但運用了以前在書本上學過

10、的知識，還運用了新的軟件-MATLAB軟件，在此之前我們并沒有學過MATLAB軟件的運用，通過查閱相關資料，終于用MATLAB軟件實現了所要求的功能。通過動手實踐也讓我對校正方法有了更深刻的了解，這絕對是對自己自控知識的鞏固與提高。MATLAB軟件的強大功能確實令人興奮，在以后的學習、生活中它將會扮演重要的角色.通過此次課程設計，我還發(fā)現自己以前所學的知識不牢固，需要重新細細琢磨和研究。這樣才能在面對的問題來臨時有一定的思路，并指導我去慢慢逐步完成并解決這些問題。參考文獻1 胡壽宋。 自動控制原理（第四版)。 北京：科學出版社,20012 黃忠霖、周向明。 控制系統(tǒng)MATLAB計算及仿真實訓。 北京：國防工業(yè)出版社3 翁貽方. 自動控制理論(第二版）。北京： 機械工業(yè)出版社4 王萬良。 自動控制原理. 北京：高等教育出版社5 趙廣元. MATLAB與控制系統(tǒng)仿真實踐。 北京:航空航天大學出版社 本科生課程設計成績評定表姓 名性 別專業(yè)、班級課程設計題目:課程設計答辯或質疑記錄:成績評定依據：評 定