自動控制原理課程設(shè)計的報告最終版,重慶郵電大學移通學院

...wd......wd......wd...成績_______重慶郵電大學移通學院自動化系自動控制原理課程設(shè)計報告題目Ⅰ型三階系統(tǒng)的典型分析與綜合設(shè)計系別自動化系專業(yè)名稱電氣工程與自動化班級學號姓名孫猜勝指導教師重慶郵電大學移通學院自動化系制2014年12月摘要在控制系統(tǒng)中，對于一個設(shè)計者來說，在進展控制系統(tǒng)校正之前，首先應確信已對被控對象進展了盡可能的改善，即通過調(diào)整控制器的各項參數(shù)仍然無法滿足系統(tǒng)性能指標的要求。這時必須在系統(tǒng)中引入一些附加裝置來改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)性能，使其全面滿足性能指標要求。本次課程設(shè)計研究的是Ⅰ型三階系統(tǒng)，要求滿足給定的期望指標。對于這個系統(tǒng)，需要在頻域中建設(shè)原系統(tǒng)的數(shù)學模型。根據(jù)傳遞函數(shù)進展繪制bode圖，從圖中得出不滿足各項指標時，那么通過期望的指標設(shè)計出bode圖，得到校正裝置的傳遞函數(shù)，從而得到校正后的傳遞函數(shù)。然后需Simulink仿真看是否到達所希望的指標，以及設(shè)計出校正后的系統(tǒng)模擬圖，通過實驗里的設(shè)備搭建實物電路，在輸入階躍響應時，觀察示波器上波形，并進展與仿真對照。本系統(tǒng)單純采用超前校正或滯后校正均只能改善系統(tǒng)暫態(tài)或穩(wěn)態(tài)一個方面的性能，并且要求的性能都比較高，宜采用了串聯(lián)滯后-超前校正裝置?！娟P(guān)鍵字】校正性能指標校正裝置AbstractInthecontrolsystem,foradesigner,beforeadjustmentforcontrolsystem,First,theaccusedshouldhavebeenidentifiedforpossibleimprovementoftheobject,byadjustingtheparametersofthecontrollerisstillunabletomeettherequirementsofsystemperformanceindex.Thenyoumustintroducesomeadditionaldevicesinthesystemtoimprovesteady-stateandtransientperformanceofthesystem,sothat，Itfullymeettheperformancerequirements.ThecurriculumdesignisthestudyoftheⅠthird-ordersystem,Requiredtomeettheexpectationsofagivenindex.Forthissystem,Needtoestablishamathematicalmodeloftheoriginalsysteminthefrequencydomain.Bodechartingbasedontransferfunction,Whentheresultsfromthefiguredoesnotmeetthetargets,bythedesiredindexdesignedbodediagram,getthecalibrationdeviceoftransferfunction,therebyobtainingthetransferfunctionofthecorrected.YouthenneedtoseeiftheSimulinksimulationtoachievethedesiredtargets,anddesignacorrectionaftersystemsimulationdiagram,Buildphysicalcircuitthroughexperimentequipment,Whenenteringthestepresponse,observedonanoscilloscopewaveform,andcontrolandsimulation.Thesystemusesasimplecorrectionorlagcorrectionaheadaretransientorsteady-statesystemcanonlyimproveoneaspectofperformance,Andperformancerequirementsarehigh,shouldadoptaserieslag-leadcorrectiondevice.Keywords：correctionperformanceindexcorrectingdevice目錄?自動控制原理?課程設(shè)計(簡明)任務(wù)書5一、系統(tǒng)說明〔概述〕61.1.設(shè)計目的61.2.系統(tǒng)原理〔簡介〕61.3.各環(huán)節(jié)的性能、功能特性說明61.4.設(shè)計基本要求71.5.設(shè)計指標7二、系統(tǒng)建模82.1.各個環(huán)節(jié)模型82.2原系統(tǒng)方框圖92.3.系統(tǒng)模擬電路圖10三、系統(tǒng)分析113.1.穩(wěn)定性分析113.2.頻域分析113.3.MATLAB繪制原系統(tǒng)bode圖123.4繪制原系統(tǒng)bode圖〔手繪〕12四、系統(tǒng)綜合134.1.利用期望指標繪制Bode圖(手繪)134.2.確定參考模型134.3驗算是否滿足性能指標154.4校正裝置的選取154.5.校正裝置174.6.參數(shù)的選擇174.7.系統(tǒng)綜合過程表達〔Bode圖上〕17五、系統(tǒng)物理模擬圖195.1.原系統(tǒng)模擬圖195.2.原系統(tǒng)單位階躍響應曲線195.3.綜合后系統(tǒng)模擬圖205.4.綜合后系統(tǒng)的單位階躍響應曲線205.6Simulink仿真21六、實驗室模擬226.1.原系統(tǒng)階躍響應226.2.校正系統(tǒng)階躍響應22七、總結(jié)237.1課程總結(jié)237.2心得體會23參考文獻：24?自動控制原理?課程設(shè)計(簡明)任務(wù)書設(shè)計題目：Ｉ型三階系統(tǒng)的典型分析與綜合設(shè)計系統(tǒng)說明：設(shè)單位反響系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為，試設(shè)計串聯(lián)校正裝置，使系統(tǒng)滿足基本要求：1.用頻率法分析系統(tǒng)：作原系統(tǒng)的Bode圖；分析原系統(tǒng)的性能，當原系統(tǒng)的性能不滿足設(shè)計要求時，那么進展系統(tǒng)校正。2.利用頻率法綜合系統(tǒng)：〔1〕畫出串聯(lián)校正構(gòu)造圖，分析并選擇串聯(lián)校正的類型〔微分、積分或微分-積分校正〕；〔2〕確定校正裝置傳遞函數(shù)的參數(shù)；〔3〕畫出校正后的系統(tǒng)的Bode圖，并校驗系統(tǒng)性能；假設(shè)不滿足，那么重新確定校正裝置的參數(shù)?！?〕完成系統(tǒng)綜合前后的有源物理模擬〔驗證〕實驗；課程設(shè)計報告：〔1〕課程設(shè)計計算說明書一份；〔2〕原系統(tǒng)組成構(gòu)造原理圖一張〔自繪〕；〔3〕系統(tǒng)分析，綜合用bode圖一張；〔4〕系統(tǒng)綜合前后的模擬圖各一張〔附實驗結(jié)果圖〕；〔5〕封面裝幀成冊；指導教師：馬冬梅2014-12-12一、系統(tǒng)說明〔概述〕1.1.設(shè)計目的〔1〕掌握自動控制原理課程中所學的理論知識，提高分析和解決問題能力〔2〕掌握反響系統(tǒng)的基本理論和方法，對工程系統(tǒng)進展進展全面分析〔3〕掌握控制系統(tǒng)的設(shè)計與校正方法〔4〕掌握使用mathtype，visio，matlab中的Simulink的使用方法1.2.系統(tǒng)原理〔簡介〕開環(huán)傳遞函數(shù)：該傳遞函數(shù)可由一個積分環(huán)節(jié)、兩個慣性環(huán)節(jié)組成。方塊圖：圖1-1Ⅰ型三階系統(tǒng)的方框圖1.3.各環(huán)節(jié)的性能、功能特性說明(1)比較環(huán)節(jié)將輸入信號與輸出反響回的信號進展比較，以改善放大器的靜態(tài)和動態(tài)性能；(2)積分環(huán)節(jié)輸出量與輸入量成積分關(guān)系的環(huán)節(jié)，稱為積分環(huán)節(jié)。特點：輸出量與輸入量的積分成正比例，當輸入消失，輸出保持不變，具有記憶功能；積分環(huán)節(jié)受到擾動自身無法到達穩(wěn)定。(3)慣性環(huán)節(jié)一階慣性環(huán)節(jié)的微分方程是一階的，且輸出響應需要一定時間后才能到達穩(wěn)態(tài)值，因此稱為一階慣性環(huán)節(jié)。特點：輸出信號對輸入信號的響應存在慣性〔輸入信號階躍參加后，輸出信號不能突然變化，只能隨時間增加逐漸變化〕。(4)反響環(huán)節(jié)：根據(jù)輸入與輸出在廣義上是否相等來調(diào)節(jié)系統(tǒng)使之誤差減小。1.4.設(shè)計基本要求1．利用頻率法分析系統(tǒng)：(1)作原系統(tǒng)的Bode圖；(2)分析原系統(tǒng)性能，當原系統(tǒng)的性能不滿足設(shè)計要求時，那么進展系統(tǒng)校正。2、利用頻率法綜合系統(tǒng)：(1)畫出串聯(lián)校正構(gòu)造圖，分析并選擇串聯(lián)校正的類型〔微分、積分或微分-積分校正〕；(2)確定校正裝置傳遞函數(shù)的參數(shù)；(3)畫出校正后的系統(tǒng)的Bode圖，并校驗系統(tǒng)性能；假設(shè)不滿足，那么重新確定校正裝置的參數(shù)。3、完成系統(tǒng)綜合前后的有源物理模擬〔驗證〕實驗；1.5.設(shè)計指標用串聯(lián)校正的頻率域方法對系統(tǒng)進展串聯(lián)校正設(shè)計，使系統(tǒng)滿足以下動態(tài)及靜態(tài)性能指標：靜態(tài)速度誤差系數(shù)：；調(diào)節(jié)時間：；超調(diào)量：%%；二、系統(tǒng)建模2.1.各個環(huán)節(jié)模型〔1〕比較器圖2-1比較器〔2〕積分環(huán)節(jié)圖2-2積分模擬圖構(gòu)造方框圖：圖2-3輸入：輸出：〔3〕慣性環(huán)節(jié)圖2-4慣性環(huán)節(jié)模擬圖構(gòu)造方框圖：圖2-5輸入：輸出：同理第三個也是一階慣性環(huán)節(jié)，傳遞函數(shù)為：2.2原系統(tǒng)方框圖圖2-6原系統(tǒng)方框圖簡化框圖：圖2-7單位閉環(huán)傳遞函數(shù)框圖2.3.系統(tǒng)模擬電路圖圖2-8原系統(tǒng)物理模擬圖三、系統(tǒng)分析3.1.穩(wěn)定性分析閉環(huán)傳遞函數(shù)：特征方程：根據(jù)勞斯判據(jù)：即：求得：即當系統(tǒng)才穩(wěn)定。3.2.頻域分析1).求幅值穿越頻率：求得：2).相角裕度：求得：；即系統(tǒng)不穩(wěn)定。3.3.MATLAB繪制原系統(tǒng)bode圖程序如下：s=tf('s');G=70/s/(0.1s+1)/(0.02s+1);margin(G)圖3-1原系統(tǒng)bode圖由圖可知，相角裕度為-3.26，截止頻率為24.1，可以得出原系統(tǒng)結(jié)論：該系統(tǒng)不穩(wěn)定。3.4繪制原系統(tǒng)bode圖〔手繪〕見附錄一四、系統(tǒng)綜合4.1.利用期望指標繪制Bode圖 (手繪)見附錄二4.2.確定參考模型(1)期望的開環(huán)截止頻率：要求，??；由：要求，?。挥桑河志C合分析取整數(shù)值為。(2)計算中頻段寬度：，為得到較寬的頻帶取。(3)計算各轉(zhuǎn)折頻率：為了簡化裝置，在高端取系統(tǒng)的固有轉(zhuǎn)折，即：，，在低頻時可以取。過作斜率的斜線與固有系統(tǒng)的低頻段相交，可以求得第一銜接點為：得：得：其中：〔為原系統(tǒng)第一個拐點對應的頻率〕校正前后曲線相減作圖求得校正裝置的傳遞函數(shù)：(4)校正后的開環(huán)傳遞函數(shù)：4.3驗算是否滿足性能指標(1)相位裕度：(2)諧振峰值：(3)超調(diào)量：(4)調(diào)節(jié)時間：其中：可知：4.4校正裝置的選取(1)滯后電路圖：圖4-1滯后裝置模擬圖傳遞函數(shù)：對數(shù)幅頻特性：圖4-2對數(shù)幅頻特性(2)超前電路圖：圖4-3超前裝置模擬圖傳遞函數(shù)：對數(shù)幅頻特性：圖4-4對數(shù)幅頻特性4.5.校正裝置圖4-5校正裝置模擬圖對數(shù)幅頻特性：圖4-6校正的對數(shù)幅頻特性4.6.參數(shù)的選擇令：求得：4.7.系統(tǒng)綜合過程表達〔Bode圖上〕程序：s=tf('s');G=70*(0.5s+1)/s/(1.75s+1)/(0.028s+1)/(0.02s+1);margin(G)圖4-7五、系統(tǒng)物理模擬圖5.1.原系統(tǒng)模擬圖圖5-1原系統(tǒng)模擬圖5.2.原系統(tǒng)單位階躍響應曲線使用Simulink仿真：圖5-2原系統(tǒng)Simulink仿真5.3.綜合后系統(tǒng)模擬圖圖5-3校正后模擬圖5.4.綜合后系統(tǒng)的單位階躍響應曲線使用MATLAB求階躍響應的指標并返回值圖5-4單位階躍響應返回值在matlab中，通過輸入階躍