控制系統(tǒng)的滯后校正設(shè)計(共17頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上牡丹江師范學(xué)院本科學(xué)生課程設(shè)計指導(dǎo)書題 目 控制系統(tǒng)的滯后校正設(shè)計 班 級 11級工業(yè)電氣 學(xué) 號 姓 名 指導(dǎo)教師 王 淑 玉 牡丹江師范學(xué)院2013 年11 月 15 日自控原理課程設(shè)計指導(dǎo)書課程名稱：自動控制原理學(xué)時數(shù)：2周學(xué)分?jǐn)?shù)：開課院、系（部）、教研室： 物理與電子工程學(xué)院 電子信息教研室執(zhí)筆人： 王淑玉編寫時間：2013.11.10設(shè)計目的學(xué)習(xí)基本理論在實踐中綜合運用的初步經(jīng)驗，掌握自控原理設(shè)計的基本方法、設(shè)計步驟，培養(yǎng)綜合設(shè)計與調(diào)試能力。二、設(shè)計任務(wù)（1） 畫出系統(tǒng)在校正前后的奈奎斯特曲線和波特圖；（2） 用Matlab畫出上述每種情況的階躍響應(yīng)曲線，并

2、根據(jù)曲線分析系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo)；三、設(shè)計內(nèi)容與要求根據(jù)設(shè)計要求和已知條件，確定主要參數(shù)，計算并選取外電路的元件參數(shù)。四、 設(shè)計資料及有關(guān)規(guī)定 字體符合要求，正確使用編程五、設(shè)計成果要求 設(shè)計論文六、物資準(zhǔn)備1.到圖書館、物理系資料室查閱相關(guān)資料2.到實驗室準(zhǔn)備器件作好實驗準(zhǔn)備七、 主要圖式、表式電路圖、表要規(guī)范，符合設(shè)計要求八、 時間安排2013.11.1 設(shè)計動員，發(fā)放設(shè)計任務(wù)書2013.11.2-2013.11.3 查閱資料、擬定設(shè)計程序和進(jìn)度計劃2013.11.4-2013.11.10 確定設(shè)計方案、實驗、畫圖、編寫設(shè)計說明書2013.11.11 完成設(shè)計，交指導(dǎo)教師審閱2013.11.

3、14 成績評定九、考核內(nèi)容與方式考核的內(nèi)容包括：學(xué)習(xí)態(tài)度；技術(shù)水平與實際能力；論文(計算書、圖紙)撰寫質(zhì)量；創(chuàng)新性；采取審定與答辯相結(jié)合的方式，成績評定按百分制記分。十、參考書目1. 田思慶， 梁春英 自動控制理論 中國水利水電出版社 2013 2. 魏克新，王云亮編著. MATLAB語言與自動控制系統(tǒng)設(shè)計.機械工業(yè)出版社,2000.3. 王正林，王勝開編著. MATLAB/Simulink與控制系統(tǒng)仿真.電子工業(yè)出版社.4. （美）安德魯，（美）威廉斯編著. 實用自動控制設(shè)計指南.化學(xué)工業(yè)出版社.5. 黃忠霖編著. 自動控制原理的MATLAB實現(xiàn).國防工業(yè)出版社,2007.6. 彭雪峰，劉建

4、斌編著. 自動控制原理實踐教程.中國水利水電出版社,2006.牡丹江師范學(xué)院本科學(xué)生課程設(shè)計任務(wù)書程名稱：自控原理課程設(shè)計課程設(shè)計題目控制系統(tǒng)的滯后校正院、系工學(xué)院專業(yè)電氣工程及其自動化年級2011已知參數(shù)和設(shè)計要求：a) 計算參數(shù)A ,Tb) 用Matlab畫出上述每種情況的階躍響應(yīng)曲線，并根據(jù)曲線分析系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo)；學(xué)生應(yīng)完成的工作：1、了解原理，選擇元件，計算確定元件參數(shù)，利用仿真軟件畫出相關(guān)曲線。2、完成設(shè)計報告目前資料收集情況（含指定參考資料）：1. 田思慶 , 梁春英 自動控制理論 中國水利水電出版社 , 2013 2. 魏克新，王云亮編著. MATLAB語言與自動控制系統(tǒng)設(shè)計

5、.機械工業(yè)出版社,2000.課程設(shè)計的工作計劃：2013.11.1 設(shè)計動員，發(fā)放設(shè)計任務(wù)書2013.11.2-2013.11.3 查閱資料、擬定設(shè)計程序和進(jìn)度計劃2013.11.4-2013.11.10 確定設(shè)計方案、實驗、畫圖、編寫設(shè)計說明書2013.11.11 完成設(shè)計，交指導(dǎo)教師審閱2013.11.14 成績評定任務(wù)下達(dá)日期 2013 年11 月 1 日 完成日期 2013 年 11月 14 日指導(dǎo)老師 王淑玉 （簽名） 學(xué)生 （簽名）目 錄專心-專注-專業(yè)滯后校正控制系統(tǒng)設(shè)計1.設(shè)計要求已知一單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 要求控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)為調(diào)節(jié)時間<5s,單位階躍輸入的

6、穩(wěn)態(tài)誤差<0.1,相角裕度大于45度。任務(wù)：（1）設(shè)計一個滯后校正裝置，使系統(tǒng)滿足上述性能指標(biāo)； （2）畫出系統(tǒng)在矯正前后的奈奎斯特曲線和伯德圖； （3）用Matlab畫出校正前后的階躍響應(yīng)曲線，并根據(jù)曲線分析系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo)； （4）對上述任務(wù)寫出完整的課程設(shè)計說明書，說明書中必須寫清楚分析計算的過程，給出響應(yīng)曲線，并包含Matlab源程序或Simulink仿真模型，說明書的格式按教務(wù)處標(biāo)準(zhǔn)書寫。3. 設(shè)計原理對于所給出的系統(tǒng)進(jìn)行分析可以知道，校正前的系統(tǒng)是穩(wěn)定的，調(diào)節(jié)時間與相角裕度兩項性能指標(biāo)都滿足設(shè)計要求，只有單位階躍輸入的穩(wěn)態(tài)誤差過大，需要通過矯正使它由變得小于0.1。對于該系

7、統(tǒng)，由于無差度v=0，可知單位階躍響應(yīng)下的穩(wěn)態(tài)誤差ess()=。為了減小穩(wěn)態(tài)誤差，必須增大穩(wěn)態(tài)位置誤差系數(shù)Kp。由于Kp=，得知設(shè)計的滯后校正裝置必須能夠使穩(wěn)態(tài)誤差系數(shù)增大。由于滯后校正裝置的傳遞函數(shù) a<1，它的幅頻特征曲線如圖一所示。串聯(lián)進(jìn)前向通道后能夠降低系統(tǒng)的截止頻率，提高系統(tǒng)的向位裕度，改善系統(tǒng)的暫態(tài)性能，但不能改變穩(wěn)態(tài)誤差系數(shù)，即不能改善系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度。因此，有必要再之后矯正網(wǎng)絡(luò)后串連一個放大倍數(shù)為B的放大器，如圖二所示的放大B倍的滯后校正的伯德圖可知，這樣做可以在在暫態(tài)性能不變的前提下提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度。綜上所述，在原系統(tǒng)開環(huán)部分后串連一個滯后校正裝置，然后串連一個放大倍數(shù)為

8、B的放大器，檢驗校正后系統(tǒng)的各項性能指標(biāo)，如符合設(shè)計要求，則校正完成。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖三所示。B、L(w)1/T1/aT-20dB/decwL(w)1/T1/aTw圖一圖二-圖三3.設(shè)計分析與計算3.1校正參數(shù)B的計算由系統(tǒng)原開環(huán)傳遞函數(shù)和放大倍數(shù)B 得到校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=得到階躍響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)誤差ess()=得到B18，為方便計算，取B=203.2校正參數(shù)a、T的計算由于要求的相角裕度r=45°在校正前系統(tǒng)的相頻特性曲線上做-180°+45°+10°=125°線，得到新系統(tǒng)的截止頻率=8.91該頻率對應(yīng)原系統(tǒng)幅頻特性的交點為-1

9、3.1dB。由于校正后系統(tǒng)含有一個放大器會使系統(tǒng)幅頻特性向上平移，所以令-13.1+20lgB=20lg1得到a=0.224令=*cot(90°-10°)得到T=2.8473.3校正后系統(tǒng)的檢驗對校正后的系統(tǒng)計算各項參數(shù)，得到單位階躍輸入的穩(wěn)態(tài)誤差()=0.97。借助校正后系統(tǒng)的伯德圖，得到校正后的相角裕度r=104°。借助校正后系統(tǒng)的波形圖，得到校正后的調(diào)節(jié)時間ts=1.97s(誤差為2%時)。各項參數(shù)均符合設(shè)計要求。4.仿真程序、結(jié)果及結(jié)果分析4.1校正前系統(tǒng)的奈奎斯特曲線與伯德圖 程序：num=1,10;den=1,2,20;nyquist(num,den)

10、 校正前系統(tǒng)奈氏曲線程序：num=1,10;den=1,2,20;bode(num,den) 校正前系統(tǒng)伯德圖4.2校正后系統(tǒng)的奈奎斯特曲線與伯德圖程序：num=12.76,147.6,200;den=2.847,19.454,206.54,220;nyquist(num,den)校正后系統(tǒng)奈氏曲線程序：num=12.76,147.6,200;den=2.847,19.454,206.54,220;bode(num,den)校正后系統(tǒng)伯德圖4.3校正前后系統(tǒng)動態(tài)性能的比較校正前系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)的波形圖校正后系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)的波形圖 有校正前后系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)的波形圖可知，校正后系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)值越

11、是校正前系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)值約三倍。 校正前系統(tǒng)的超調(diào)量為49%，校正后變?yōu)?9.5%。取=2，校正前系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間為2.7s，校正后變?yōu)?.97秒。校正前系統(tǒng)的上升時間為0.22s，校正后變?yōu)?.20s。校正前系統(tǒng)的峰值時間為0.48s,校正后變?yōu)?.30s?？芍?，經(jīng)過校正，系統(tǒng)的動態(tài)性能得到了改善。參考文獻(xiàn) 田思慶， 梁春英編著. 自動控制理論 .中國水利水電出版社 , 2013 魏克新，王云亮編著. MATLAB語言與自動控制系統(tǒng)設(shè)計.機械工業(yè)出版社,2000. 王正林，王勝開編著. MATLAB/Simulink與控制系統(tǒng)仿真.電子工業(yè)出版社. （美）安德魯，（美）威廉斯編著. 實用自動控制設(shè)計

12、指南.化學(xué)工業(yè)出版社. 黃忠霖編著. 自動控制原理的MATLAB實現(xiàn).國防工業(yè)出版社,2007. 彭雪峰，劉建斌編著. 自動控制原理實踐教程.中國水利水電出版社,2006.心得體會 在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的眾多領(lǐng)域中，自動控制技術(shù)起著越來越重要的作用。自動控制是指在沒有人直接參與的情況下，利用外加的或裝置（稱控制裝置或控制器），使機器，設(shè)備或生產(chǎn)過程（統(tǒng)稱被控對象）的某個工作狀態(tài)或參數(shù)（即被控制量）自動地按照預(yù)定的規(guī)律運行。自動控制系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用于人類社會的各個領(lǐng)域。在工業(yè)方面，對于化工、機械制造等生產(chǎn)過程中遇到的各種物理量，包括溫度、流量、相位等，都有相應(yīng)的控制系統(tǒng)。在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用包括水位自動控

13、制系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)機械的自動操作系統(tǒng)等。此外，在辦公室自動化、圖書管理 、交通 管 理乃至日常家務(wù)方面，自動控制技術(shù)也都有著實際的應(yīng)用。隨著控制理論和控制技術(shù)的發(fā)展，自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷擴大，幾乎涉及生物、醫(yī)學(xué)、生態(tài)、經(jīng)濟、社會等所有領(lǐng)域。自控涉及的只是很廣，所需的知識較多。當(dāng)然，由于本科階段時間有限，我們不能很好的更深入的學(xué)習(xí)自動控制這門課。若想把它學(xué)好，在條件許可下，我們應(yīng)該考上研究生，在研究生階段更徹底的學(xué)習(xí)。通過半年的學(xué)習(xí)，我們對自動控制原理有了比較一定的認(rèn)識，并能簡單運用自動控制解決一些簡單問題。我們運用平時所學(xué)的一些基礎(chǔ)知識解決了課程設(shè)計的問題，深感欣慰、高興。通過本次的課程設(shè)

14、計，我們又對自控有了一定的加深。并知道了在當(dāng)今的信息技術(shù)如此發(fā)達(dá)的世界中，我們必須運用多種渠道，去學(xué)習(xí)研究。并要很好的運用計算機和一些軟件，只有這樣，我們才能更好地、精確地、快速地解決問題。平時只有理論知識學(xué)習(xí)，卻缺少必須的動手機會，當(dāng)然在實驗課上，也鍛煉了自己的動手能力?？墒?，畢竟課上時間有限，不能深入的完成實驗。要把理論轉(zhuǎn)化為實踐是必須的，學(xué)生必須盡力為自己尋找一些實驗，動手的機會。課程設(shè)計為我們提供了這樣的機會。課設(shè)過程中，大家自己獨立思考，完成老師布置的題目，學(xué)習(xí)了很多東西，把自己所學(xué)用于實際，自己倍感有成就感。課設(shè)期間，遇到問題，獨立解決或同學(xué)在一起討論，大家很有目的的做課設(shè)，受益匪

15、淺.課程設(shè)計指導(dǎo)教師評定成績表項目分值優(yōu)秀(100>x90)良好(90>x80)中等(80>x70)及格(70>x60)不及格(x<60)評分參考標(biāo)準(zhǔn)參考標(biāo)準(zhǔn)參考標(biāo)準(zhǔn)參考標(biāo)準(zhǔn)參考標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)態(tài)度15學(xué)習(xí)態(tài)度認(rèn)真，科學(xué)作風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn)，嚴(yán)格保證設(shè)計時間并按任務(wù)書中規(guī)定的進(jìn)度開展各項工作學(xué)習(xí)態(tài)度比較認(rèn)真，科學(xué)作風(fēng)良好，能按期圓滿完成任務(wù)書規(guī)定的任務(wù)學(xué)習(xí)態(tài)度尚好，遵守組織紀(jì)律，基本保證設(shè)計時間，按期完成各項工作學(xué)習(xí)態(tài)度尚可，能遵守組織紀(jì)律，能按期完成任務(wù)學(xué)習(xí)馬虎，紀(jì)律渙散，工作作風(fēng)不嚴(yán)謹(jǐn),不能保證設(shè)計時間和進(jìn)度技術(shù)水平與實際能力25設(shè)計合理、理論分析與計算正確，實驗數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，有很強

16、的實際動手能力、經(jīng)濟分析能力和計算機應(yīng)用能力，文獻(xiàn)查閱能力強、引用合理、調(diào)查調(diào)研非常合理、可信設(shè)計合理、理論分析與計算正確，實驗數(shù)據(jù)比較準(zhǔn)確，有較強的實際動手能力、經(jīng)濟分析能力和計算機應(yīng)用能力，文獻(xiàn)引用、調(diào)查調(diào)研比較合理、可信設(shè)計合理，理論分析與計算基本正確，實驗數(shù)據(jù)比較準(zhǔn)確，有一定的實際動手能力，主要文獻(xiàn)引用、調(diào)查調(diào)研比較可信設(shè)計基本合理，理論分析與計算無大錯，實驗數(shù)據(jù)無大錯設(shè)計不合理，理論分析與計算有原則錯誤，實驗數(shù)據(jù)不可靠，實際動手能力差，文獻(xiàn)引用、調(diào)查調(diào)研有較大的問題創(chuàng)新10有重大改進(jìn)或獨特見解，有一定實用價值有較大改進(jìn)或新穎的見解，實用性尚可有一定改進(jìn)或新的見解有一定見解觀念陳舊論文(計算書、圖紙)撰寫質(zhì)量50結(jié)構(gòu)嚴(yán)