轉(zhuǎn)子繞線機(jī)控制系統(tǒng)的串聯(lián)滯后超前校正設(shè)計(jì)

武漢理工大學(xué)《自動(dòng)控制原理》課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名：專業(yè)班級(jí)：指導(dǎo)教師：工作單位：題目:轉(zhuǎn)子繞線機(jī)控制系統(tǒng)的串聯(lián)滯后超前校正設(shè)計(jì)初始條件：已知轉(zhuǎn)子繞線機(jī)控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)是要求系統(tǒng)的靜態(tài)速度誤差系數(shù)，。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）MATLAB作出滿足初始條件的最小K值的系統(tǒng)伯德圖，計(jì)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(luò)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(duì)校正前后的系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，畫出階躍響應(yīng)曲線，計(jì)算其時(shí)域性能指標(biāo)。對(duì)上述任務(wù)寫出完整的課程設(shè)計(jì)說明書，說明書中必須進(jìn)行原理分析，寫清楚分析計(jì)算的過程及其比較分析的結(jié)果，并包含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）指導(dǎo)老師下達(dá)任務(wù)書，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：年月日武漢理工大學(xué)《自動(dòng)控制原理》課程設(shè)計(jì)PAGEPAGE0目錄1串聯(lián)滯后-超前校正原理 12校正前系統(tǒng)穩(wěn)定情況分析 22.1校正前系統(tǒng)的伯德圖 22.2校正前系統(tǒng)的裕度 32.3校正前系統(tǒng)的根軌跡 43基于伯德圖的滯后–超前校正 53.1確定滯后-超前校正的傳遞函數(shù) 53.2校正后系統(tǒng)的穩(wěn)定情況分析 73.2.1校正后系統(tǒng)的伯德圖 73.2.2校正后系統(tǒng)的裕度 83.2.3校正后系統(tǒng)的根軌跡 94.系統(tǒng)校正前后性能的比較 105課程設(shè)計(jì)小結(jié) 12參考文獻(xiàn) 13轉(zhuǎn)子繞線機(jī)控制系統(tǒng)的串聯(lián)滯后-超前校正設(shè)計(jì)1串聯(lián)滯后-超前校正原理所謂校正就是在系統(tǒng)不可變部分的基礎(chǔ)上，加入適當(dāng)?shù)男Ｕ瓜到y(tǒng)滿足給定的性能指標(biāo)。常用的方法有超前校正，滯后校正和滯后-超前校正。超前校正的基本原理就是利用超前相角補(bǔ)償系統(tǒng)的滯后相角，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，如增加相角裕度，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性能等。但是串聯(lián)超前校正給系統(tǒng)中頻段增加理論上不超過90，實(shí)際上一般不超過65的相角，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度，但降低了抗干擾性能（高頻）。滯后校正的基本原理是利用滯后網(wǎng)絡(luò)的高頻幅值衰減特性使系統(tǒng)截止頻率下降，從而使系統(tǒng)獲得足夠的相角裕度。串聯(lián)滯后校正降低系統(tǒng)的截止頻率，提高系統(tǒng)的相角裕度，但降低了快速性。（帶寬減小降低快速性）滯后-超前校正的頻域設(shè)計(jì)實(shí)際是超前校正和滯后校正頻域法設(shè)計(jì)的綜合，發(fā)揮滯后、超前校正兩者的優(yōu)點(diǎn)，共同改善系統(tǒng)性能。基本方法是用滯后校正降低系統(tǒng)的截止頻率，提高系統(tǒng)的相角裕度；用超前校正在截止頻率處增加超前相角，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的相角裕度。串聯(lián)滯后-超前校正的設(shè)計(jì)步驟如下：（1）根據(jù)穩(wěn)態(tài)性能要求確定開環(huán)增益k，并繪制未校正系統(tǒng)的伯德圖。（2）選擇校正后的截止頻率。（3）確定校正參數(shù)。（4）確定滯后校正部分的參數(shù)。（5）確定超前部分的參數(shù)。（6）將滯后校正部分和超前校正部分的傳遞函數(shù)組合在一起,即得滯后-超前校正的傳遞函數(shù)為（7）繪制校正后的伯德圖，檢驗(yàn)性能指標(biāo)。2校正前系統(tǒng)穩(wěn)定情況分析2.1校正前系統(tǒng)的伯德圖由已知條件，傳遞函數(shù)可以整理為：當(dāng)靜態(tài)速度誤差系數(shù)為時(shí)，則，故，則待校正系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為：上式為最小相位系統(tǒng)，用MATLAB畫出系統(tǒng)伯德圖，程序?yàn)椋簄um=[1500];den=[1,20,75,0];bode(num,den)gridtitle(‘系統(tǒng)校正前的伯德圖’)則可得到未校正系統(tǒng)的伯德圖如圖1所示。圖1系統(tǒng)校正前的伯德圖2.2校正前系統(tǒng)的裕度用MATLAB求校正前的相角裕度和幅值裕度，程序?yàn)椋篏=tf(1500,[120750]);[kg,r]=margin(G)運(yùn)行后得到結(jié)果：kg=1.0000，r=4.2840e-004。很明顯遠(yuǎn)小于55度。2.3校正前系統(tǒng)的根軌跡用MATLAB畫出校正前的根軌跡，程序?yàn)椋簄um=[1]den=[120750];rlocus(num,den);title(‘校正前根軌跡圖’)得到圖形如圖2所示。圖2系統(tǒng)校正前的根軌跡圖3基于伯德圖的滯后–超前校正3.1確定滯后-超前校正的傳遞函數(shù)1）選擇校正后的截止頻率。若性能指標(biāo)中對(duì)系統(tǒng)的快速性未提明確要求時(shí)，一般對(duì)應(yīng)的頻率作為，從圖3可以看出=8.73。圖32）確定校正參數(shù)。由超前部分應(yīng)產(chǎn)生的超前相角而定，又，故3）確定滯后校正部分的參數(shù)，一般取，則。因此滯后部分的傳遞函數(shù)為：4）確定超前部分的參數(shù)，過點(diǎn)作20db/dec直線，由該直線與0dB線交點(diǎn)坐標(biāo)確定，如圖4所示。圖4由得=8.72，=2.33。因此超前部分的傳遞函數(shù)為：5）將滯后校正部分和超前校正部分的傳遞函數(shù)組合在一起,即得滯后-超前校正的傳遞函數(shù)為：所以系統(tǒng)校正后的傳遞函數(shù)為：3.2校正后系統(tǒng)的穩(wěn)定情況分析3.2.1校正后系統(tǒng)的伯德圖繪制校正后的伯德圖，程序?yàn)椋篏=tf(1500*[4,4,1],conv([4,35,1],[1,20,75,0])),bode(G)title('系統(tǒng)校正后的伯德圖')系統(tǒng)校正后的伯德圖如圖5所示。圖5系統(tǒng)校正后的伯德圖3.2.2校正后系統(tǒng)的幅值裕度和相角裕度用MATLAB求校正后的幅值裕度和相角裕度，程序如下：G=tf(100*[4,4,1],[411510012645750]);[kg,r]=margin(G)運(yùn)行后得到結(jié)果如下：kg=3.8633，r=56.9254。r>55符合要求。3.2.3校正后系統(tǒng)的根軌跡圖用MATLAB畫出校正后的根軌跡圖，程序如下：num=[4,4,1]den=[411510012645750];rlocus(num,den)title('系統(tǒng)校正后的根軌跡圖')系統(tǒng)校正后的根軌跡圖如圖6所示。圖6系統(tǒng)校正后的根軌跡圖4校正前后系統(tǒng)性能比較用MATLAB繪制系統(tǒng)校正前后階躍響應(yīng)曲線，程序?yàn)椋簄um1=[1500];den1=[120751500];num2=[600060001500];den2=[41151001864560751500];t=[0:0.02:2.5];[numc1,denc1]=cloop(num1,den1);y1=step(numc1,denc1,t);[numc2,denc2]=cloop(num2,den2);y2=step(numc2,denc2,t);plot(t,[y1,y2]);grid;gtext('校正前');gtext('校正后');運(yùn)行后得到結(jié)果如圖7所示。由圖7可以看出，校正前系統(tǒng)不穩(wěn)定，加入滯后-超前校正系統(tǒng)之后，系統(tǒng)穩(wěn)定，超調(diào)量很小，從始到終系統(tǒng)將近于一條直線，反應(yīng)速度也比校正前的快，系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)都得到了很大的提高，大大改善了系統(tǒng)的性能。圖7系統(tǒng)校正前后階躍響應(yīng)曲線5課程設(shè)計(jì)小結(jié)通過這次課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多。根據(jù)要求我需要獨(dú)立設(shè)計(jì)一個(gè)滯后—超前系統(tǒng)，這極大的鍛煉了我的自主學(xué)習(xí)能力和動(dòng)手能力。首先是應(yīng)用所學(xué)的知識(shí)，并通過查閱相關(guān)資料，認(rèn)真思考，在參考了相關(guān)資料之后，將自己的想法融合并進(jìn)行改進(jìn)，剛開始我按照課本上的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，取，但是沒有達(dá)到性能指標(biāo)，后來我通過減弱滯后角的不利影響，將改為，再次計(jì)算后終于使。在此期間，不僅對(duì)課本上的知識(shí)有了鞏固和加強(qiáng)，同時(shí)，學(xué)到了不少書本之外的東西，大大的提高了自己的設(shè)計(jì)思維以及動(dòng)手能力。這次校正系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，我不但運(yùn)用了以前在書本上學(xué)過的知識(shí)，還運(yùn)用了新的軟件——MATLAB軟件，在此之前我們并沒有學(xué)過MATLAB軟件的運(yùn)用，通過查閱相關(guān)資料，終于用MATLAB軟件實(shí)現(xiàn)了所要求的功能。通過動(dòng)手實(shí)踐也讓我對(duì)校正方法有了更深刻的了解，這絕對(duì)是對(duì)自己自控知識(shí)的鞏固與提高。MATLAB軟件的強(qiáng)大功能確實(shí)令人興奮，在以后的學(xué)習(xí)、生活中它將會(huì)扮演重要的角色。經(jīng)過兩個(gè)星期的實(shí)習(xí)，過程曲折可謂一語難盡。在此期間我也失落過，也曾一度熱情高漲。從開始時(shí)的滿富激情到后來汗水背后的復(fù)雜心情，點(diǎn)點(diǎn)滴滴無不令我回味無長(zhǎng)。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做，難免會(huì)遇到過各種各樣的問題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。在老師和同學(xué)的身上我也學(xué)到很多實(shí)用的知識(shí)，在此我表示感謝！參考文獻(xiàn)[1]胡壽宋.自動(dòng)控制原理(第四版).北京：科學(xué)出版社，2001[2]黃忠霖、周向明.控制系統(tǒng)MATLAB計(jì)算及仿真實(shí)訓(xùn).北京：國(guó)防工業(yè)出版社[3]翁貽方.自動(dòng)控制理論（第二版）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社[4]王萬良.自動(dòng)控制原理.北京：高等教育出版社[5]趙廣元.MATLAB與控制系統(tǒng)仿真實(shí)踐.北京：航空航天大學(xué)出版社本科生課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表姓名性別專業(yè)、班級(jí)課程設(shè)計(jì)題目：轉(zhuǎn)子繞線機(jī)控制系統(tǒng)的串聯(lián)滯后超前校正設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)答辯或質(zhì)疑記錄：1.如何實(shí)現(xiàn)滯后—超前校正？答：其基本方法是用滯后校正降低系統(tǒng)的截止頻率，提高系統(tǒng)的相角裕度；用超前校正在截止頻率處增加超前相角，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的相角裕度。2.什么情況下采用滯后超前校正？答：超前校正通常可以改善控制系統(tǒng)的快速性和超調(diào)量，但增加了帶寬，對(duì)于穩(wěn)定裕量較大的系統(tǒng)，是有效的。而滯后校正可改善超調(diào)量及相對(duì)穩(wěn)定度，但往往會(huì)因帶寬減小而快速性下降。因此這兩種校正都有其優(yōu)缺點(diǎn)。而且，對(duì)于某些系統(tǒng)來說，不論用其中何種方案都不能得到滿意的效果，因此當(dāng)需要滿足這兩方面的要求時(shí)，我們會(huì)兼用兩者的優(yōu)點(diǎn)把超前校正和滯后校正結(jié)合起來，并在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)法限制它們的缺點(diǎn)