自控課程設(shè)計(jì)題目

1、自動(dòng)控制原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告1、設(shè)單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為試設(shè)計(jì)一串聯(lián)校正裝置，使系統(tǒng)滿足如下指標(biāo)：（1）在單位斜坡輸入下的穩(wěn)態(tài)誤差；（2）截止頻率 (1/s)；（3）相角裕度45。2、設(shè)單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為要求校正后系統(tǒng)的靜態(tài)速度誤差系數(shù)v5(1/s)，相角裕度45，試設(shè)計(jì)串聯(lián)校正裝置。3、設(shè)單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為若要求校正后系統(tǒng)的相角裕度為30，幅值裕度為1012(dB)，試設(shè)計(jì)串聯(lián)校正裝置。4、控制系統(tǒng)如圖所示：若要求校正后系統(tǒng)得靜態(tài)速度誤差系數(shù)等于30，相角裕度不低于，幅值裕度不小于10dB，截止頻率不小于2.3(rad/s)，試設(shè)計(jì)串聯(lián)校正裝置。5、控制系統(tǒng)如圖所示：若

2、要求系統(tǒng)在單位斜坡輸入信號(hào)作用時(shí)，位置輸出穩(wěn)態(tài)誤差，開環(huán)截止頻率，相角裕度，幅值裕度，試設(shè)計(jì)校正裝置。6、設(shè)單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為要求校正后系統(tǒng)：v=20(1/s)，50，試設(shè)計(jì)串聯(lián)校正裝置。7、設(shè)單位反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，試設(shè)計(jì)一串聯(lián)校正裝置，使系統(tǒng)滿足如下性能指標(biāo)：靜態(tài)速度誤差系數(shù)，相角裕度。 8、設(shè)單位反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，試設(shè)計(jì)一串聯(lián)校正裝置，使系統(tǒng)的靜態(tài)加速度誤差系數(shù)，相角裕度。9、設(shè)單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為要求校正后系統(tǒng)：v5(rad/s)，相角裕度45，截止頻率，試設(shè)計(jì)串聯(lián)校正裝置。10、設(shè)單位反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，試設(shè)計(jì)一串接校正裝置，使校正后

3、系統(tǒng)的相角裕度為，幅值裕度不低于10dB，開環(huán)增益保持不變，截止頻率不低于1。11、設(shè)單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為若要求校正后系統(tǒng)的相角裕度為50，幅值裕度為3040(dB)，試設(shè)計(jì)串聯(lián)校正裝置。12、設(shè)單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為若要求校正后系統(tǒng)：v=20(rad/s)，相角裕度不低于35，幅值裕度不低于10(dB)，試設(shè)計(jì)串聯(lián)校正裝置。課程設(shè)計(jì)要求：1、以教師總結(jié)歸納出的有實(shí)際背景的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，對(duì)各個(gè)小組位同學(xué)提出不同的設(shè)計(jì)題目及設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。學(xué)生通過查閱相關(guān)資料，根據(jù)各自題目確定合理的控制方式及校正形式，完成設(shè)計(jì)；2、學(xué)生首先要根據(jù)所學(xué)控制理論知識(shí)進(jìn)行人工設(shè)計(jì)校正裝置，初步設(shè)計(jì)出校正

4、裝置傳遞函數(shù)形式及參數(shù)；3、在MATLAB下進(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； 4）確定校正裝置的電路形式及電路參數(shù)；5）完成設(shè)計(jì)報(bào)告。三、設(shè)計(jì)原理 校正方式的選擇。按照校正裝置在系統(tǒng)中的鏈接方式，控制系統(tǒng)校正方式分為串聯(lián)校正、反饋校正、前饋校正和復(fù)合校正4種。串聯(lián)校正是最常用的一種校正方式，這種方式經(jīng)濟(jì)，且設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，在實(shí)際應(yīng)用中多采用這種校正方式。串聯(lián)校正方式是校正器與受控對(duì)象進(jìn)行串聯(lián)連接的。本設(shè)計(jì)按照要求將采用串聯(lián)校正方式進(jìn)行校。校正方法的選擇。根據(jù)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)表達(dá)方式可以進(jìn)行校正方法的確定。本設(shè)計(jì)要求以頻域指標(biāo)的形式給出，因此采用基于B

5、ode圖的頻域法進(jìn)行校正。 幾種串聯(lián)校正簡(jiǎn)述。串聯(lián)校正可分為串聯(lián)超前校正、串聯(lián)滯后校正和滯后-超前校正等。 超前校正的目的是改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)靜態(tài)性能不受損的前提下，提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。通過加入超前校正環(huán)節(jié)，利用其相位超前特性來增大系統(tǒng)的相位裕度，改變系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性。一般使校正環(huán)節(jié)的最大相位超前角出現(xiàn)在系統(tǒng)新的穿越頻率點(diǎn)。 滯后校正通過加入滯后校正環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)的開環(huán)增益有較大幅度增加，同時(shí)又使校正后的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)指標(biāo)保持原系統(tǒng)的良好狀態(tài)。它利用滯后校正環(huán)節(jié)的低通濾波特性，在不影響校正后系統(tǒng)低頻特性的情況下，使校正后系統(tǒng)中高頻段增益降低，從而使其穿越頻率前移，達(dá)到增加系統(tǒng)相位裕度的目

6、的。 滯后超前校正適用于對(duì)校正后系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能有更多更高要求的場(chǎng)合。施加滯后超前校正環(huán)節(jié)，主要是利用其超前部分增大系統(tǒng)的相位裕度，以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能；利用其滯后部分改善系統(tǒng)的靜態(tài)性能。 以上3種不同的校正方法的一般性設(shè)計(jì)步驟如下： 1)根據(jù)靜態(tài)性能指標(biāo)，計(jì)算開環(huán)系統(tǒng)的增益。之后求取校正前系統(tǒng)的頻率特性指標(biāo)，并與設(shè)計(jì)要求進(jìn)行比較。 2)確定校正后期望的穿越頻率，具體值的選取與所選擇的校正方式相適應(yīng)。 3)根據(jù)待設(shè)計(jì)的校正環(huán)節(jié)的形式和轉(zhuǎn)折頻率，計(jì)算相關(guān)參數(shù)，進(jìn)而確定校正環(huán)節(jié)。 4)得出校正后系統(tǒng)。檢驗(yàn)系統(tǒng)滿足設(shè)計(jì)要求。如不滿足則從第二步重新開始。 在MATLAB中基于Bode圖進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)

7、的基本思路是通過比較校正前后的頻率特性，嘗試選定合適的校正環(huán)節(jié)，根據(jù)不同的設(shè)計(jì)原理，確定校正環(huán)節(jié)參數(shù)。最后對(duì)校正后的系統(tǒng)進(jìn)行檢驗(yàn)，并反復(fù)設(shè)計(jì)直至滿足要求5、 課程設(shè)計(jì)總結(jié) 本次自動(dòng)控制原理課程設(shè)計(jì)，讓我對(duì)校正有了更深層次的理解以及對(duì)MATLAB在自控方面的應(yīng)用有了更多的了解，雖然在對(duì)校正前函數(shù)各方面的參數(shù)用MATLAB仿真計(jì)算編程時(shí)遇到了一些困難，但在查閱大量資料之后，使自己的設(shè)計(jì)思路逐漸明朗。在對(duì)設(shè)計(jì)校正函數(shù)時(shí)經(jīng)過多次的反復(fù)校驗(yàn)才使獲得的參數(shù)與期望的參數(shù)相匹配。 通過這次課程設(shè)計(jì)，拓寬了知識(shí)面，鍛煉了能力，綜合素質(zhì)得到較大提高。安排課程設(shè)計(jì)的基本目的，在于通過理論與實(shí)際的結(jié)合，分析問題。尤其

8、是觀察、分析和解決問題的實(shí)際工作能力。它的一個(gè)重要功能，在于運(yùn)用學(xué)習(xí)成果，檢驗(yàn)學(xué)習(xí)成果。運(yùn)用學(xué)習(xí)成果，把課堂上學(xué)到的系統(tǒng)化的理論知識(shí)，嘗試性地應(yīng)用于實(shí)際設(shè)計(jì)工作，并從理論的高度對(duì)設(shè)計(jì)工作的現(xiàn)代化提出一些有針對(duì)性的建議和設(shè)想。檢驗(yàn)學(xué)習(xí)成果，看一看課堂學(xué)習(xí)與實(shí)際工作到底有多大距離，并通過綜合分析，找出學(xué)習(xí)中存在的不足，以便為完善學(xué)習(xí)計(jì)劃，改變學(xué)習(xí)內(nèi)容與方法提供實(shí)踐依據(jù)。對(duì)我們電子專業(yè)來說，實(shí)際能力的培養(yǎng)至關(guān)重要，而這種實(shí)際能力的培養(yǎng)單靠課堂教學(xué)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須從課堂走向?qū)嵺`。這也是一次預(yù)演和準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計(jì)工作。通過課程設(shè)計(jì)，讓我們找出自身狀況與實(shí)際需要的差距，并在以后的學(xué)習(xí)期間及時(shí)補(bǔ)充相關(guān)知識(shí)，為

9、求職與正式工作做好充分的知識(shí)、能力準(zhǔn)備，從而縮短從校園走向社會(huì)的心理轉(zhuǎn)型期。在一個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)之后，我們普遍感到不僅實(shí)際動(dòng)手能力有所提高，更重要的是通過對(duì)軟件開發(fā)流程的了解，進(jìn)一步激發(fā)了我們對(duì)專業(yè)知識(shí)的興趣，并能夠結(jié)合實(shí)際存在的問題在專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)行更深入的學(xué)習(xí)。 同時(shí)，通過這次期末的課程設(shè)計(jì)，使我認(rèn)識(shí)到自己這學(xué)期對(duì)這門課程的學(xué)習(xí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還沒有較好地將書本中的知識(shí)較好地融合，這為我在以后的學(xué)習(xí)中敲了一記警鐘。 六、參考文獻(xiàn) 1 程 鵬編.自動(dòng)控制原理M.北京：高等教育出版社，2010. 2 張德豐等編.MATLAB控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真M. 北京：電子工業(yè)出版社，2009. 3黃忠霖編著. 自

10、動(dòng)控制原理的MATLAB實(shí)現(xiàn). 北京：國(guó)防教育出版社，2007 4楊庚辰主編. 自動(dòng)控制原理. 西安電子科技大學(xué)出版社，2009. 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書題 目: 直流電機(jī)PI控制器穩(wěn)態(tài)誤差分析 初始條件：D300RYe+-+1200W-一直流電機(jī)控制系統(tǒng)的方框圖如圖所示，其中Y為電機(jī)轉(zhuǎn)速，為電樞電壓，W為負(fù)載轉(zhuǎn)矩。令電樞電壓由PI控制定律求取，PI表達(dá)式為：，其中e=r-y。要求完成的主要任務(wù): （包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求）（1） 寫出以R為輸入的直流電機(jī)控制系統(tǒng)微分方程；（2） 試求kP和kI的值，使閉環(huán)系統(tǒng)的特征方程的根包括；（3） 計(jì)算在單位階躍參考輸入、單位斜

11、坡參考輸入、單位階躍擾動(dòng)輸入、單位斜坡擾動(dòng)輸入時(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差；（4） 用Matlab證明你的上述答案，并畫出系統(tǒng)響應(yīng)曲線；（5） 對(duì)上述任務(wù)寫出完整的課程設(shè)計(jì)說明書，說明書中必須寫清楚分析的過程，附Matlab源程序或Simulink仿真模型，說明書的格式按照教務(wù)處標(biāo)準(zhǔn)書寫。時(shí)間安排：任務(wù)時(shí)間（天）審題、查閱相關(guān)資料2分析、計(jì)算3編寫程序2撰寫報(bào)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 摘要擾動(dòng)能夠影響一個(gè)的反饋系統(tǒng)的正常運(yùn)行，而且平時(shí)設(shè)計(jì)的自動(dòng)控制系統(tǒng)有時(shí)難免會(huì)受到擾動(dòng)的影響，這時(shí)就要能夠很好的處理擾動(dòng)這個(gè)外作用。只有處理好擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響，我們的系統(tǒng)

12、才能像們所希望的那樣很好的實(shí)現(xiàn)功能。本設(shè)計(jì)是一個(gè)直流電機(jī)控制系統(tǒng)，電機(jī)轉(zhuǎn)速是系統(tǒng)的輸出信號(hào)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩是系統(tǒng)的擾動(dòng)信號(hào)，目的是為了探討參考輸入和擾動(dòng)輸入分別對(duì)系統(tǒng)的影響，當(dāng)然這是完善系統(tǒng)的基本前奏。在本設(shè)計(jì)中，通過一些原理、方案，使系統(tǒng)能夠達(dá)到一定的要求。并用MATLAB軟件驗(yàn)證自己的計(jì)算，從而進(jìn)行校正、檢驗(yàn)?？梢姡粌H要能夠掌握自動(dòng)控制原理的一些基本知識(shí)，還要有熟練運(yùn)用MATLAB軟件的能力，因此在做設(shè)計(jì)之前要查找充分的資料，并在設(shè)計(jì)中也勤查資料，只有這樣才能全面的、準(zhǔn)確的完成課程設(shè)計(jì)，并能運(yùn)用MATLAB解決問題。作為學(xué)生，不要僅滿足于運(yùn)用MATLAB完成自己的任務(wù)，自己要利用這樣的好機(jī)會(huì)，

13、全面的掌握MATLAB的運(yùn)用，為以后熟練運(yùn)用MATLAB打下很好的基礎(chǔ)?？傊?，不能僅滿足于老師布置的任務(wù)，自己要想在課設(shè)中有很好的提高，就要勤查資料，嚴(yán)格要求自己，充分利用圖書館、同學(xué)一些資源。關(guān)鍵字：擾動(dòng) 反饋系統(tǒng) MATLAB目 錄一 設(shè)計(jì)要求1二 設(shè)計(jì)原理1三 設(shè)計(jì)方案2四 設(shè)計(jì)分析與計(jì)算24.1系統(tǒng)微分方程24.2 kP和ki的值34.3穩(wěn)態(tài)誤差（以R為輸入）34.4穩(wěn)態(tài)誤差（以W為輸入）4五 仿真程序、波形及結(jié)果分析55.1 MATLAB表示傳遞函數(shù)55.2單位階躍參考輸入的系統(tǒng)響應(yīng)曲線55.3單位斜坡參考輸入的系統(tǒng)響應(yīng)曲線75.4單位階躍擾動(dòng)輸入的系統(tǒng)響應(yīng)曲線85.5單位斜坡擾動(dòng)輸

14、入的系統(tǒng)響應(yīng)曲線9六 課程設(shè)計(jì)總結(jié)11參考文獻(xiàn)12 概要 在本設(shè)計(jì)中，通過一些原理、方案，使系統(tǒng)能夠達(dá)到一定的要求。并用MATLAB軟件驗(yàn)證自己的計(jì)算，從而進(jìn)行校正、檢驗(yàn)?？梢姡粌H要能夠掌握自動(dòng)控制原理的一些基本知識(shí)，還要有熟練運(yùn)用MATLAB軟件的能力，因此在做設(shè)計(jì)之前要查找充分的資料，并在設(shè)計(jì)中也勤查資料，只有這樣才能全面的、準(zhǔn)確的完成課程設(shè)計(jì)，并能運(yùn)用MATLAB解決問題。作為學(xué)生，不要僅滿足于運(yùn)用MATLAB完成自己的任務(wù)，自己要利用這樣的好機(jī)會(huì)，全面的掌握MATLAB的運(yùn)用，為以后熟練運(yùn)用MATLAB打下很好的基礎(chǔ)?？傊荒軆H滿足于老師布置的任務(wù)，自己要想在課設(shè)中有很好的提高，就

15、要勤查資料，嚴(yán)格要求自己，充分利用圖書館、同學(xué)一些資源。一 設(shè)計(jì)要求 設(shè)單位反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，試設(shè)計(jì)一串聯(lián)校正裝置，使系統(tǒng)的靜態(tài)加速度誤差系數(shù)，相角裕度。課程設(shè)計(jì)要求：1、以教師總結(jié)歸納出的有實(shí)際背景的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，對(duì)各個(gè)小組位同學(xué)提出不同的設(shè)計(jì)題目及設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。學(xué)生通過查閱相關(guān)資料，根據(jù)各自題目確定合理的控制方式及校正形式，完成設(shè)計(jì)；2、學(xué)生首先要根據(jù)所學(xué)控制理論知識(shí)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)；3、在MATLAB下進(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； 4）確定校正裝置的電路形式及電路參數(shù)；5）完成設(shè)計(jì)報(bào)告。二

16、設(shè)計(jì)原理 校正方式的選擇。按照校正裝置在系統(tǒng)中的鏈接方式，控制系統(tǒng)校正方式分為串聯(lián)校正、反饋校正、前饋校正和復(fù)合校正4種。串聯(lián)校正是最常用的一種校正方式，這種方式經(jīng)濟(jì)，且設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，在實(shí)際應(yīng)用中多采用這種校正方式。串聯(lián)校正方式是校正器與受控對(duì)象進(jìn)行串聯(lián)連接的。本設(shè)計(jì)按照要求將采用串聯(lián)校正方式進(jìn)行校。校正方法的選擇。根據(jù)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)表達(dá)方式可以進(jìn)行校正方法的確定。本設(shè)計(jì)要求以頻域指標(biāo)的形式給出，因此采用基于Bode圖的頻域法進(jìn)行校正。 幾種串聯(lián)校正簡(jiǎn)述。串聯(lián)校正可分為串聯(lián)超前校正、串聯(lián)滯后校正和滯后-超前校正等。 超前校正的目的是改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)靜態(tài)性能不受損的前提下

17、，提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。通過加入超前校正環(huán)節(jié)，利用其相位超前特性來增大系統(tǒng)的相位裕度，改變系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性。一般使校正環(huán)節(jié)的最大相位超前角出現(xiàn)在系統(tǒng)新的穿越頻率點(diǎn)。 滯后校正通過加入滯后校正環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)的開環(huán)增益有較大幅度增加，同時(shí)又使校正后的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)指標(biāo)保持原系統(tǒng)的良好狀態(tài)。它利用滯后校正環(huán)節(jié)的低通濾波特性，在不影響校正后系統(tǒng)低頻特性的情況下，使校正后系統(tǒng)中高頻段增益降低，從而使其穿越頻率前移，達(dá)到增加系統(tǒng)相位裕度的目的。 滯后超前校正適用于對(duì)校正后系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能有更多更高要求的場(chǎng)合。施加滯后超前校正環(huán)節(jié)，主要是利用其超前部分增大系統(tǒng)的相位裕度，以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能；利用其滯后部分改善

18、系統(tǒng)的靜態(tài)性能。 以上3種不同的校正方法的一般性設(shè)計(jì)步驟如下： 1)根據(jù)靜態(tài)性能指標(biāo)，計(jì)算開環(huán)系統(tǒng)的增益。之后求取校正前系統(tǒng)的頻率特性指標(biāo)，并與設(shè)計(jì)要求進(jìn)行比較。 2)確定校正后期望的穿越頻率，具體值的選取與所選擇的校正方式相適應(yīng)。 3)根據(jù)待設(shè)計(jì)的校正環(huán)節(jié)的形式和轉(zhuǎn)折頻率，計(jì)算相關(guān)參數(shù)，進(jìn)而確定校正環(huán)節(jié)。 4)得出校正后系統(tǒng)。檢驗(yàn)系統(tǒng)滿足設(shè)計(jì)要求。如不滿足則從第二步重新開始。 在MATLAB中基于Bode圖進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本思路是通過比較校正前后的頻率特性，嘗試選定合適的校正環(huán)節(jié)，根據(jù)不同的設(shè)計(jì)原理，確定校正環(huán)節(jié)參數(shù)。最后對(duì)校正后的系統(tǒng)進(jìn)行檢驗(yàn)，并反復(fù)設(shè)計(jì)直至滿足要求三 設(shè)計(jì)方案可以應(yīng)用疊加

19、原理，在W(s)=0條件下，求得輸入信號(hào)下的閉環(huán)傳遞函數(shù)Y(s)/ R(s)；由傳遞函數(shù)與微分函數(shù)的相同性，用替換S，可以得到系統(tǒng)的微分方程；由題中要求的閉環(huán)系統(tǒng)的特征方程的根包括，寫出一個(gè)方程，并由待定系數(shù)法，得出Kp、Ki的值。再由疊加原理，求得R(s)=0、擾動(dòng)作用下的閉環(huán)傳遞函數(shù)Y(s)/ W(s)。也可求得以誤差信號(hào)E(s)作為輸出量，W(s)作為輸入的誤差函數(shù)E(s)/W(s)。再對(duì)輸入W(s)進(jìn)行討論，利用終值定理求出誤差。 由閉環(huán)傳遞函數(shù)Y(s)/ R(s)和Y(s)/ W(s)，并通過編程在MATLAB中仿真，把仿真結(jié)果和計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比并驗(yàn)證。4設(shè)計(jì)分析與計(jì)算4.1系統(tǒng)微分

20、方程Va3001/(s+30)RE(s)Y-Kp+Ki/s 圖4-1 W(s)=0時(shí)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖由PI表達(dá)式為：，其中e=r-y?？梢缘贸鱿鄳?yīng)的V（s）=Kp+Ki/S。 當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩W(s)=0,有以R為輸入的直流電機(jī)控制系統(tǒng)如上面圖4-1所示，有開環(huán)傳遞函數(shù)G(s)H(s)= 同時(shí)，有以W(s)=0，R為輸入的直流電機(jī)控制系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)：閉環(huán)傳遞函數(shù)可化為 Y(s)=300Kp*S+300KiR(s)由上面所求等式、傳遞函數(shù)與微分函數(shù)的相同性，用d/dt替換S，可以得到系統(tǒng)微分方程：4.2 kP和ki的值由上面所求出的閉環(huán)傳遞函數(shù)Y(s)/ R(s)，有直流電機(jī)控制系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng)的特征方程：

21、=0 （1）若使閉環(huán)系統(tǒng)的特征方程的根包括，由這兩個(gè)根可得下面的方程：（S+30+30j）(S+30-30j)=0，即 （2）對(duì)比（1）、(2)兩式并由待定系數(shù)法有30+300Kp=60，300Ki=1800。解得Kp=0.1, Ki=64.3穩(wěn)態(tài)誤差（以R為輸入）由上面知直流電機(jī)控制系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)： 。同時(shí)有開環(huán)傳遞函數(shù)G(s)H(s)= ，由開環(huán)傳遞函數(shù)知系統(tǒng)為1型系統(tǒng)，且有開環(huán)增益K=30*60/30=60。在單位階躍參考輸入下，位置誤差系數(shù)Kp=，對(duì)應(yīng)的穩(wěn)態(tài)誤差為0.在單位斜坡參考輸入下，速度誤差系數(shù)Kv=K=60，對(duì)應(yīng)的穩(wěn)態(tài)誤差為1/K,而1/K=1/60=0.0167,所以穩(wěn)態(tài)誤

22、差為0.167。4.4穩(wěn)態(tài)誤差（以W為輸入）-1200-1R(s)EE(s)W（s）1/(s+300)Y(s)300D圖4-2 控制系統(tǒng)的信號(hào)流圖由圖4-2的控制系統(tǒng)信號(hào)流圖，可以得出直流電機(jī)控制系統(tǒng)中R(s)=0，并以W(s)為輸入的傳遞函數(shù)為： ，而在4.2節(jié)中已經(jīng)求出：Kp=0.1, Ki=6。所以有 。以誤差信號(hào)E(s)作為輸出量，W(s)作為輸入的誤差函數(shù)可求得為：，即有誤差函數(shù)：在單位階躍擾動(dòng)輸入下，即W(s)=1/s,此時(shí)有，所以有穩(wěn)態(tài)誤差。在單位斜坡擾動(dòng)輸入下，即W(s)= ,有，所以有穩(wěn)態(tài)誤差5仿真程序、波形及結(jié)果分析5.1 MATLAB表示傳遞函數(shù) 當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩W(s)=0,

23、有以R為輸入的直流電機(jī)控制系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為利用MATLAB將上述模型表示出來，并將其建立在工作空間中有下面效果：圖5-1 閉環(huán)傳遞函數(shù)模型MATLAB表示5.2單位階躍參考輸入的系統(tǒng)響應(yīng)曲線負(fù)載轉(zhuǎn)矩W(s)=0,輸入為R(s)=1/s的直流電機(jī)控制系統(tǒng)所對(duì)應(yīng)的情況，此時(shí)系統(tǒng)所對(duì)應(yīng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為 。則在MATLAB的Editor/Debugger輸入程序有： 圖5-2 單位階躍參考輸入的系統(tǒng)響應(yīng)曲線對(duì)應(yīng)程序輸入好程序后，在TOOLS菜單中選擇RUN得到結(jié)果： 圖5-3 單位階躍參考輸入的系統(tǒng)響應(yīng)曲線 結(jié)果分析：由上面的單位階躍參考輸入的系統(tǒng)響應(yīng)曲線圖看出，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩W(s)=0,輸入為R(s

24、)=1/s，直流電機(jī)控制系統(tǒng)的階躍響應(yīng)為衰減振蕩過程，且最終穩(wěn)定在1，此時(shí)輸出減去輸入等于0，即由MATLAB軟件仿真得出此時(shí)的系統(tǒng)誤差為0。而在4.3節(jié)求出在單位階躍參考輸入下，位置誤差系數(shù)Kp=，對(duì)應(yīng)的穩(wěn)態(tài)誤差為0?？梢奙ATLAB分析和自己所求結(jié)果一樣。5.3單位斜坡參考輸入的系統(tǒng)響應(yīng)曲線負(fù)載轉(zhuǎn)矩W(s)=0,輸入為R(s)= 的直流電機(jī)控制系統(tǒng)所對(duì)應(yīng)的情況，此時(shí)系統(tǒng)所對(duì)應(yīng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為。則在MATLAB的Editor/Debugger輸入程序有：圖5-4 單位斜坡參考輸入的系統(tǒng)響應(yīng)曲線對(duì)應(yīng)程序輸入好程序后，在TOOLS菜單中選擇RUN得到結(jié)果：圖5-5 單位斜坡參考輸入的系統(tǒng)響應(yīng)曲線

25、結(jié)果分析：由上面單位斜坡參考輸入的系統(tǒng)響應(yīng)曲線看出，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩W(s)=0,輸入為R(s)= ，直流電機(jī)控制系統(tǒng)的輸出能夠很好的跟蹤輸入，即誤差接近于零。由圖中所取數(shù)據(jù)看出穩(wěn)態(tài)誤差為0.299-0.282=0.017。而在4.3節(jié)求出，在單位斜坡參考輸入下，速度誤差系數(shù)Kv=K=60，對(duì)應(yīng)穩(wěn)態(tài)誤差0.167?？梢奙ATLAB分析和自己所求結(jié)果一樣。5.4單位階躍擾動(dòng)輸入的系統(tǒng)響應(yīng)曲線輸入為R(s)=0，負(fù)載轉(zhuǎn)矩W(s)=1/s的直流電機(jī)控制系統(tǒng)所對(duì)應(yīng)的情況, 此時(shí)系統(tǒng)所對(duì)應(yīng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為 。則在MATLAB的Editor/Debugger輸入程序有：圖5-6 單位階躍擾動(dòng)輸入的系統(tǒng)響應(yīng)曲線對(duì)

26、應(yīng)的程序輸入好程序后，在TOOLS菜單中選擇RUN得到結(jié)果圖5-7 單位階躍擾動(dòng)輸入的系統(tǒng)響應(yīng)曲線結(jié)果分析：由上面的單位階躍擾動(dòng)輸入的系統(tǒng)響應(yīng)曲線圖看出，輸入為R(s)=0，負(fù)載轉(zhuǎn)矩W(s)=1/s時(shí)，直流電機(jī)控制系統(tǒng)的輸出最終穩(wěn)定在零，即單位階躍擾動(dòng)輸入時(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為0。而在4.4節(jié)求出，在單位階躍擾動(dòng)輸入下，即負(fù)載轉(zhuǎn)矩W(s)=1/s,此時(shí)有 ，所以有穩(wěn)態(tài)誤差 ?？梢奙ATLAB分析和自己所求結(jié)果一樣。5.5單位斜坡擾動(dòng)輸入的系統(tǒng)響應(yīng)曲線輸入R(s)=0,負(fù)載轉(zhuǎn)矩W(s)= 的直流電機(jī)控制系統(tǒng)所對(duì)應(yīng)的情況, 此時(shí)系統(tǒng)所對(duì)應(yīng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為。則在MATLAB的Editor/Debugger輸入程序有：圖5-8 單位斜坡擾動(dòng)輸入的系統(tǒng)響應(yīng)曲線對(duì)應(yīng)的程序輸入好程序后，在TOOLS菜單中選擇RUN得到結(jié)果圖5-9 單位斜坡擾動(dòng)輸入的系統(tǒng)響應(yīng)曲線結(jié)果分析：由上面的單位斜坡擾動(dòng)輸入的系統(tǒng)響應(yīng)曲線圖看出，輸入R(s)=0,負(fù)載轉(zhuǎn)矩W(s)= 時(shí)，直流電機(jī)控制系統(tǒng)的輸出最終穩(wěn)定在-0.667，即單位斜坡擾動(dòng)輸入時(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為0.667。而在4.4節(jié)求出，在單位斜坡擾動(dòng)輸入下，即負(fù)載轉(zhuǎn)矩W(s)= ,有，所以由上面所的結(jié)論有穩(wěn)態(tài)誤差?？梢奙ATLAB分析和自己所求結(jié)果一樣，從而驗(yàn)