自動控制原理課程設(shè)計-2

武漢理工大學《自動控制原理》課程設(shè)計說明書PAGEPAGE1目錄1初始條件 12要完成的任務 13設(shè)計方案 14分析與計算 24.1計算校正后系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 24.2繪制根軌跡 54.3仿真，階躍響應 74.3.1校正前系統(tǒng)的階躍響應 74.3.2校正后系統(tǒng)的階躍響應 85小結(jié) 9參考文獻 11轉(zhuǎn)子繞線機控制系統(tǒng)的串聯(lián)滯后-超前校正設(shè)計1初始條件已知轉(zhuǎn)子繞線機控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù):要求系統(tǒng)的靜態(tài)速度誤差系數(shù)，。2要完成的任務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。前向通路中插入一滯后超前校正裝置，確定校正網(wǎng)絡的傳遞函數(shù)。用Matlab畫出未校正和已校正系統(tǒng)的根軌跡。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，計算其時域性能指標。課程設(shè)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。3設(shè)計方案根據(jù)要求設(shè)計滯后超前校正裝置，確定各參數(shù)值，通過matlab對校正后系統(tǒng)編程分析，最終確定滿足要求的傳遞函數(shù)，并通過matlab繪制系統(tǒng)的bode圖、根軌跡以及通過Simulink對系統(tǒng)進行階躍函數(shù)的仿真，計算時域指標。4分析與計算4.1計算校正后系統(tǒng)的傳遞函數(shù)有初始條件可知，系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)是：，要求校正后的速度誤差系數(shù)，首先將傳遞函數(shù)化簡成標準形式，可得到：根據(jù)速度誤差系數(shù)公式可得到：K=750，則開環(huán)傳遞函數(shù)為:令s=jw，帶入到上式，得到：利用matlab求解系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)的相角裕度和截止頻率，以下是程序：K=750;G=zpk([],[0-5-10],K)bode(G);grid;[h,r,wx,wc]=margin(G)可得到相角裕度r=2.3353e-005，截止頻率=7.07rad/s，穿越頻率=7.07rad/s，幅值裕度h=1。以下是運用matlab得到的bode圖：圖4-1校正前系統(tǒng)的bode圖接下來計算之后超前網(wǎng)絡的傳遞函數(shù)，令=，=7，=0.01=0.07，=0.1=0.7，=22，繪制校正前后的對數(shù)幅頻漸近特性曲線：圖4-2校正前后的對數(shù)幅頻漸近特性曲線由系統(tǒng)校正后的對數(shù)幅頻漸近特性曲線可寫出系統(tǒng)校正后的傳遞函數(shù)：運用matlab計算校正后系統(tǒng)的相角裕度，程序如下：n=[21.42815]d=[0.02951.314.37710]g1=tf(n,d)[mag,phase,w]=bode(g1)margin(g1)運行后得：r=60.7Bode圖如下：圖4-3校正后系統(tǒng)的bode圖4.2繪制根軌跡校正前系統(tǒng)根軌跡程序：num=1den=conv(conv([1,0],[1,5]),[1,10])rlocus(num,den)title('校正前系統(tǒng)根軌跡圖')圖4-4校正前系統(tǒng)根軌跡校正后系統(tǒng)根軌跡程序：>>n=[10.7];>>d=[144.07487.0833.88];>>g1=tf(n,d);>>rlocus(g1);圖4-5校正后系統(tǒng)根軌跡程序4.3仿真，階躍響應4.3.1校正前系統(tǒng)的階躍響應通過Simulink構(gòu)造校正前系統(tǒng)模型，如下所示：圖4-6校正前系統(tǒng)模型仿真結(jié)果如下圖所示，由圖可知，系統(tǒng)的峰值時間=1.5s，系統(tǒng)不穩(wěn)定。圖4-7校正前系統(tǒng)的階躍響應曲線4.3.2校正后系統(tǒng)的階躍響應通過Simulink構(gòu)造校正后系統(tǒng)模型，如下所示：圖4-8校正后系統(tǒng)模型仿真結(jié)果如下圖所示：由圖可知，校正后系統(tǒng)的峰值時間=3s，最大值=1.2，終值=1，調(diào)節(jié)時間=5s，根據(jù)超調(diào)量公式可得到超調(diào)量=20%。 圖4-9校正后系統(tǒng)的階躍響應曲線通過對系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)的校正，可以看出，校正之后系統(tǒng)最終趨于一個穩(wěn)定的值，而不像校正之前的程發(fā)散狀態(tài)。從bode圖可以看到，校正后系統(tǒng)的相角裕度為60.7度，靜態(tài)速度誤差系數(shù)為15，均滿足題目要求，由此可以看出，串入的滯后超前傳遞函數(shù)達到了預期的要求。5小結(jié)自動控制技術(shù)已廣泛應用于制造業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、航空及航天等眾多產(chǎn)業(yè)部門，極大的提高了社會勞動生產(chǎn)率，改善了人們的勞動條件，豐富和提高了人民的生活水平。在今天的社會生活中，自動化裝置無所不在，為人類文明進步做出了重要貢獻。我所做的題目是轉(zhuǎn)子繞線機控制系統(tǒng)的串聯(lián)滯后-超前校正設(shè)計，對于滯后超前校正，理論知識很容易理解，但真正的要去解答實際問題，總是會遇到很多我們在課本上沒有遇到的問題，比如對于這個題目，若按照《自動控制原理》課本上講述的方法，不僅做起來很麻煩，而且得不到滿足要求的傳遞函數(shù)，經(jīng)過查找資料和老師的講解，運用另外一種方法，可以求出校正后滿足要求的系統(tǒng)，但對于滯后超前傳遞函數(shù)，又不滿足標準形式，諸如此類問題，如果沒有通過課程設(shè)計，沒有通過仿真軟件進行仿真，是很難發(fā)現(xiàn)的。不僅如此，通過這次的課程設(shè)計，還對仿真軟件matlab的強大功能有了進一步的了解，比如繪制根軌跡、bode圖等，這為我以后更好的應用這款軟件奠定了基礎(chǔ)。通過本學期對《自動控制原理》這門課程的學習，是我對自動化專業(yè)有了更深的了解，同時極大的提高了我對自動化專業(yè)的興趣。課堂學習主要注重于理論知識，而我們要將所學知識應用于實際，在此階段，課程設(shè)計便是最好的選擇了，通過課程設(shè)計，我們可以溫習我們所學的理論知識，同時為將理論知識運用于實際搭建了一個很好的平臺，不僅如此，通過這次的課程設(shè)計，使我知道了在當今的信息技術(shù)如此發(fā)達的世界中，我們必須運用多種渠道，去學習研究。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。還有就是提高了自主解決問題的能力。參考文獻[