串聯(lián)超前校正課程設(shè)計(jì)(共21頁)

1、PAGE 電子(dinz)與電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報告(bogo)課 程 名 稱 自動控制(z dn kn zh)原理 設(shè) 計(jì) 題 目 串聯(lián)超前校正裝置的設(shè)計(jì) 所學(xué)專業(yè)名稱 自動化 班 級 自動化133 學(xué) 號 2013211269 學(xué) 生 姓 名 指 導(dǎo) 教 師 華貴山 2015年 12 月 26 日電氣學(xué)院 自動控制原理 課程設(shè)計(jì)任 務(wù) 書設(shè)計(jì)(shj)名稱： 串聯(lián)超前校正裝置(zhungzh)的設(shè)計(jì) 學(xué)生(xu sheng)姓名： 指導(dǎo)教師： 華貴山 起止時間：自 2015 年 12 月 13 日起 至 2015 年 12 月 26 日止一、課程設(shè)計(jì)目的1、通過課程設(shè)計(jì)進(jìn)一步掌握自動控制原

2、理課程的有關(guān)知識，加深對所學(xué)內(nèi)容的理解，提高解決實(shí)際問題的能力。2、理解在自動控制系統(tǒng)中對不同的系統(tǒng)選用不同的校正方式，以保證得到最佳的系統(tǒng)。3、了解控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般方法、步驟。4、從總體上把握對系統(tǒng)進(jìn)行校正的思路，能夠?qū)⒗碚撨\(yùn)用于實(shí)際。二、課程設(shè)計(jì)任務(wù)和基本要求設(shè)計(jì)任務(wù)：已知單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：要求校正后系統(tǒng)對單位斜坡輸入信號的穩(wěn)態(tài)誤差，相角裕度，試設(shè)計(jì)串聯(lián)超前校正裝置?；疽螅?、對原系統(tǒng)進(jìn)行分析，繪制原系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線，2、繪制(huzh)原系統(tǒng)的Bode圖，確定(qudng)原系統(tǒng)的幅值裕度和相角裕度。3、繪制(huzh)原系統(tǒng)的Nyquist曲線。4、繪制原系統(tǒng)的

3、根軌跡。5、設(shè)計(jì)校正裝置，繪制校正裝置的Bode圖。6、繪制校正后系統(tǒng)的Bode圖、確定校正后系統(tǒng)的幅值裕度和相角裕度。7、繪制校正后系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線。8、繪制校正后系統(tǒng)的Nyquist曲線。9、繪制校正后系統(tǒng)的根軌跡。電氣學(xué)院 自動控制原理 課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師評價(pngji)表院（部）電氣學(xué)院年級專業(yè)自動化133學(xué)生姓名學(xué)生學(xué)號2013211269題 目串聯(lián)超前校正裝置的設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師評語指導(dǎo)老師簽名： 年 月 日 成績評定指導(dǎo)老師簽名： 年 月 日 目錄(ml)TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc3370 摘要(zhiyo)與關(guān)鍵字 PAGEREF _Toc33

4、70 1 HYPERLINK l _Toc827 1 校正(jiozhng)前系統(tǒng)分析 PAGEREF _Toc827 2 HYPERLINK l _Toc25913 1.1繪制原系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng) PAGEREF _Toc25913 2 HYPERLINK l _Toc23708 1.2原系統(tǒng)BODE圖的繪制 PAGEREF _Toc23708 3 HYPERLINK l _Toc8337 1.3奈氏曲線 PAGEREF _Toc8337 4 HYPERLINK l _Toc4035 1.4根軌跡 PAGEREF _Toc4035 5 HYPERLINK l _Toc9388 2設(shè)計(jì)校正裝置

5、 PAGEREF _Toc9388 7 HYPERLINK l _Toc17259 2.1校正裝置的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc17259 7 HYPERLINK l _Toc32750 2.2繪制校正裝置的bode圖 PAGEREF _Toc32750 7 HYPERLINK l _Toc11412 3對校正后的系統(tǒng)進(jìn)行分析分析 PAGEREF _Toc11412 9 HYPERLINK l _Toc15045 3.1校正后系統(tǒng)的bode圖 PAGEREF _Toc15045 9 HYPERLINK l _Toc25527 3.2校正后的單位階躍響應(yīng) PAGEREF _Toc25527 1

6、0 HYPERLINK l _Toc32384 3.3校正后的奈式曲線 PAGEREF _Toc32384 11 HYPERLINK l _Toc31932 3.4繪制校正后的根軌跡 PAGEREF _Toc31932 13 HYPERLINK l _Toc10222 總結(jié) PAGEREF _Toc10222 15 HYPERLINK l _Toc16278 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc16278 16電氣學(xué)院自動控制原理課程設(shè)計(jì)- PAGE 17 -電氣學(xué)院自動控制原理課程設(shè)計(jì)串聯(lián)超前校正裝置(zhungzh)的設(shè)計(jì)摘要(zhiyo)與關(guān)鍵字摘要(zhiyo)：所謂校正，就是在系統(tǒng)中加

7、入一些其參數(shù)可以根據(jù)需要而改變的機(jī)構(gòu)或裝置，使系統(tǒng)整個特性發(fā)生變化，從而滿足給定的各項(xiàng)性能指標(biāo)。系統(tǒng)校正的常用方法是附加校正裝置。按校正裝置在系統(tǒng)中的位置不同，系統(tǒng)校正分為串聯(lián)校正、反饋校正和復(fù)合校正。按校正裝置的特性不同，又可分為PID校正、超前校正、滯后校正和滯后-超前校正。采用串聯(lián)超前校正可使開環(huán)系統(tǒng)截止頻率增大，從而閉環(huán)系統(tǒng)帶寬也增大，使響應(yīng)速度加快。MATLAB是一個包含大量計(jì)算算法的集合。其擁有600多個工程中要用到的數(shù)學(xué)運(yùn)算函數(shù)，可以方便的實(shí)現(xiàn)用戶所需的各種計(jì)算功能。這次課程設(shè)計(jì)能學(xué)會用MATLAB設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)以滿足具體的性能指標(biāo)并靈活應(yīng)用MATLAB的CONTROL SYSTE

8、M工具箱和SIMULINK仿真軟件，分析系統(tǒng)的性能。關(guān)鍵字：控制系統(tǒng) ；串聯(lián)超前校正 ；Matlab1 校正(jiozhng)前系統(tǒng)分析1.1繪制原系統(tǒng)(xtng)的單位階躍響應(yīng)對原系統(tǒng)進(jìn)行(jnxng)分析，繪制原系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線由題意可得：=取k=1則原開環(huán)傳遞函數(shù) 應(yīng)用MATLAB仿真繪制響應(yīng)圖如圖1所示。MATLAB文本如下：校正前單位階躍響應(yīng)：num=100;den=0.04 1 0;sys=tf(num,den);sys1=feedback(sys,1);t=0:0.01:3;step(sys1,t)hold ongridhold off圖1單位階躍響應(yīng)曲線 1.2原系統(tǒng)(x

9、tng)BODE圖的繪制(huzh)典型(dinxng)環(huán)節(jié)分解；慣性環(huán)節(jié) ： W =由系統(tǒng)BODE圖得系統(tǒng)截止頻率：=-=；經(jīng)MATLAB仿真后的圖如圖2所示。其仿真文本為：num=100;den=0.04 1 0;sys=tf(num,den);margin(sys)hold ongridhold off 圖2原系統(tǒng)BODE圖1.3奈氏曲線(qxin)系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)(biozhn)形式為G（s）=2500/s(s+25)。分析(fnx)：起點(diǎn)：A(w)=，(w)=-90終點(diǎn)：A(w)=0，(w)=-180。與實(shí)軸的交點(diǎn)：經(jīng)計(jì)算得G(jw)=-2500J(Jw-25)/w(w+625)

10、所以與實(shí)軸無交點(diǎn)應(yīng)用MATLAB仿真繪制Nyquist曲線如圖3所示。其仿真文本為：num=100;den=0.04 1 0;sys=tf(num,den);nyquist(sys)v=-100,100,-80,80;axis(v)hold onplot(-1,0,o)gtext(-1)hold off圖3原系統(tǒng)奈氏曲線1.4根軌跡(guj)由公式(gngsh)可得開環(huán)傳遞函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)(biozhn)形式： G=2500/s(s+25)1.根的起點(diǎn)和終點(diǎn)。起于開環(huán)極點(diǎn)止于開環(huán)零點(diǎn)。2.根軌跡的分支數(shù)n=2，關(guān)于實(shí)軸對稱。3.根軌跡的漸近線和交點(diǎn)為：=， =4.根軌跡在實(shí)軸上的分布：,。應(yīng)用MAT

11、LAB仿真繪制根軌跡圖如圖4所示。其仿其仿真文本為：根據(jù)式可得MATLAB 文本如下：num=100;den=0.04 1 0;sys=tf(num,den);rlocus(sys)hold onplot(0,0)gtext(0)plot(-2,0)gtext(-2)plot(-5,0)gtext(-5)hold off得根軌跡 零極點(diǎn)分布 如圖5所示： 圖4根軌跡分布 圖5零極點(diǎn)(jdin)分布 2設(shè)計(jì)校正(jiozhng)裝置2.1校正(jiozhng)裝置的設(shè)計(jì)根據(jù)題意(t y)：校正后的相角裕度確定需要對系統(tǒng)增加的相位超前量 =-+（512） = -+= ； 得 ；計(jì)算校正后的截止頻率

12、 ； ； ； 得；應(yīng)用MATLAB仿真也能球a=2.85和T=0.0095。其仿其仿真文本為：num=100;den=0.04 1 0;sys=tf(num,den);wm=62.6;l=bode(sys,wm);lwc=20*log10(l);a=10(-0.1*lwc)T=1/(wm*sqrt(a)確定超前校正網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)： 2.2繪制校正裝置的bode圖 應(yīng)用MATLAB仿真繪制校正裝置的bode圖如圖6所示。其仿其仿真文本為：um=0.027 1;den=0.0095 1;sys=tf(num,den);bode(sys)grid 圖6校正(jiozhng)裝置的bode圖3對校正后

13、的系統(tǒng)進(jìn)行(jnxng)分析分析串聯(lián)(chunlin)校正后的開環(huán)傳遞函數(shù)： =3.1校正(jiozhng)后系統(tǒng)的bode圖對校正后的開環(huán)傳遞函數(shù)的典型環(huán)節(jié)的分解：階微分環(huán)節(jié) 慣性環(huán)節(jié) 應(yīng)用MATLAB仿真繪圖，得校正后的bode圖如圖7所示,matlab文本如下:num=100;den=0.04 1 0;sys1=tf(num,den);num1=0.027 1;den1=0.0095 1;sys2=tf(num1,den1);sys3=sys1*sys2;margin(sys3)grid 圖7校正后系統(tǒng)bode圖由bode圖可得：相角(xin jio)裕度：幅值裕度：設(shè)穿越(chun y

14、u)頻率為，則有 ；得 = = 3.2校正(jiozhng)后的單位階躍響應(yīng)應(yīng)用MATLAB仿真繪制階躍響應(yīng)如圖8： matlab文本如下num=100;den=0.04 1 0;sys1=tf(num,den);num1=0.027 1;den1=0.0095 1;sys2=tf(num1,den1);sys3=sys1*sys2;sys4=feedback(sys3 ,1);t=0:0.01:1;step(sys4,t) 圖8校正后的單位(dnwi)階躍響應(yīng)3.3校正(jiozhng)后的奈式曲線 =對校正(jiozhng)后的開環(huán)傳遞函數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)分析： 起點(diǎn)(qdin) 終點(diǎn) 與實(shí)軸的交

15、點(diǎn)：對原傳遞函數(shù)化簡得 化成頻率特性有 應(yīng)用MATLAB仿真繪圖，如圖9，matlab文本如下：num=100;den=0.04 1 0;sys1=tf(num,den);num1=0.027 1;den1=0.0095 1;sys2=tf(num1,den1);sys3=sys1*sys2;nyquist(sys3)v=-100,100,-80,80;axis(v)hold onplot(-1,0,o)gtext(-1)hold off 圖9校正(jiozhng)后的奈式曲線3.4繪制校正(jiozhng)后的根軌跡 ；對系統(tǒng)分析如下(rxi)：開環(huán)零點(diǎn) 開環(huán)極點(diǎn) 根軌跡數(shù)為 漸近線角度 漸

16、近線與實(shí)軸交點(diǎn) 分離點(diǎn)坐標(biāo) 得 應(yīng)用MATLAB繪制根軌跡，如圖10所示，matlab文本如下：num=100;den=0.04 1 0;sys1=tf(num,den);num1=0.027 1;den1=0.0095 1;sys2=tf(num1,den1);sys3=sys1*sys2;rlocus(sys3) 圖10校正(jiozhng)后的根軌跡總結(jié)(zngji)系統(tǒng)的校正問題，是一種原理性的局部設(shè)計(jì)。問題的提法是在系統(tǒng)的基本部分，通常是對象、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和測量元件等主要部件，已經(jīng)確定的條件下，設(shè)計(jì)校正裝置的傳遞函數(shù)和調(diào)整系統(tǒng)放大系數(shù)。使系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo)滿足一定的要求。這一原理性的局部

17、設(shè)計(jì)問題通常稱為系統(tǒng)的校正或動態(tài)補(bǔ)償器設(shè)計(jì)。由于校正裝置加入系統(tǒng)的方式不同，所起的作用不同，名目眾多的校正設(shè)計(jì)問題或動態(tài)補(bǔ)償器設(shè)計(jì)問題，成了控制理論中一個極其活躍的領(lǐng)域(ln y)，而且它也是最有實(shí)際應(yīng)用意義的內(nèi)容之一。在這次的課程設(shè)計(jì)之前，對于自控控制原理的相關(guān)知識，我們重新翻看好幾遍以前的書本。在校正設(shè)計(jì)時候，在試取值時需要對校正原理較好的理解才能取出合適的參數(shù)，期間我們也不是一次就成功，選了幾次才選出比較合適的參數(shù)。這種不斷嘗試的經(jīng)歷讓我們養(yǎng)成一種不斷探索的科學(xué)研究精神，這對于將來想從事技術(shù)行業(yè)的學(xué)生這是很重要的。通過課程設(shè)計(jì)我學(xué)到不少東西，不但對自動原理的知識鞏固了，也加深了對 MATLAB 這個強(qiáng)大軟件的學(xué)習(xí)和使用。同時(tngsh)，這次期末的課程設(shè)計(jì)，使我認(rèn)識到自己這學(xué)期對這門課程的學(xué)習(xí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還沒有較好地將書本中的知識較好地融合，這為我在以后的學(xué)習(xí)中敲了一記警鐘。最后，通過論文的書寫核和題的解決使我自身各方面有了較大的提高。對以前所學(xué)的知識點(diǎn)有了更深一步的認(rèn)識和加強(qiáng)，發(fā)現(xiàn)自己的優(yōu)缺點(diǎn)在以后的歲月里，更加孜孜不倦的努力。參考文獻(xiàn)1 胡壽松.自動控制原理(yunl). 第5版. 北京：科學(xué)出版社，20072曹巖，李明雨，李勇，蔣寶峰.MATLAB R2008數(shù)學(xué)(shxu)和控制實(shí)例教程.-北京：化學(xué)工業(yè)出版社