《自动控制原理课程设计报告.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《自动控制原理课程设计报告.doc(17页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
1、 自控课程设计 课程设计(论文)设计(论文)题目 单位反馈系统中传递函数的研究 学院名称 ZZZZ学院 专业名称 ZZZZZ 学生姓名 ZZZ 学生学号 ZZZZZZZZZZ 任课教师 ZZZZZ 设计(论文)成绩 单位反馈系统中传递函数的研究一、设计题目设单位反馈系统被控对象的传递函数为 (ksm7)1、画出未校正系统的根轨迹图,分析系统是否稳定。2、对系统进行串联校正,要求校正后的系统满足指标:(1)在单位斜坡信号输入下,系统的速度误差系数=10。(2)相角稳定裕度45 , 幅值稳定裕度H12。(3)系统对阶跃响应的超调量Mp 25%,系统的调节时间Ts G=tf(1,1 3 2 0);
2、figure(1) pzmap(G); figure(2) rlocus(G);得到根轨迹图:由根轨迹图可以验证之前的计算为正确的。8)、分析系统的稳定性当增益K0从0逐渐增大到6时,根轨迹都在左半平面内,此时系统对06的K0值都是稳定的;当K0增大到大于6时,根轨迹进入了右半平面,系统不稳定。K0=6时,称为临界开环增益。2、串联校正方法研究1)、确定开环增益。K=lims0s*GsHs=K02=10则K0=20。2)、未校正系统信息。在matlab中画出伯德图,程序如下:G=tf(20,1 3 2 0);figure(1)margin(G);如图所示:由图可得:未校正系统截止频率:c=2.
3、43rad/s ,相角裕度=-28.1 ,幅值裕度h=-10.5,系统不稳定。且单级超前装置难以满足要求,故设计一个串联滞后-超前装置。3)、串联滞后-超前校正在未校正伯德图上,选择斜率从-20db/dec变为-40db/dec的交接频率作为校正网络超前部分的交接频率:b=0.47rad/s 。如图:据ts45 要求,算得:c0.603 这里可取c=1.4 ,由图Lc=10.6。由公式:-20log+Lc+20logTbc=0 ;求得:=10。此时滞后-超前校正网络频率特性可以写成:Gc(jw)=(1+jw/wa)(1+jw/wb)(1+jw/wa)(1+jw/wb)相应已校正系统频率特性:G
4、c(jw)=10(1+jw/wa)(1+jw/0.47)jw(1+jw)(1+jw/2)(1+j10w/wa)(1+jw/4.7)利用相角裕度指标要求,确定校正网络参数a 。=180-90+tan-11.4wa+tan-11.40.47-tan-11.4-tan-10.7-tan-114wa+tan-11.44.7可以求得a=0.14。通过化简,求得滞后-超前校正网络函数:Gcs=15.2s2+9.27s+114.994s2+71.61s+1校正后系统开环传递函数:GcsG0s=304s2+185.4s+2014.994s5+116.613s4+245.918s3+146.22s2+2s4)、
5、验证指标(1)验证相角稳定裕度45 , 幅值稳定裕度H12。在matlab中输入:G=tf(304 185.4 20,14.994 116.613 245.918 146.22 2 0);figure(1)margin(G);gm,pm,wcg,wcp=margin(G)校正后伯德图如图:相角稳定裕度=49.345 , 幅值稳定裕度H=12.412,符合要求。(2)验证系统对阶跃响应的超调量Mp 25%,系统的调节时间Ts15s。在matlab中输入:G=tf(304 185.4 20,14.994 116.613 245.918 146.22 2 0);sys=feedback(G,1)C=
6、dcgain(sys)y,t=step(sys);Y,k=max(y);tp=t(k)Mp=(Y-C)/Cstep(sys)系统对阶跃响应如图:由图可知:超调量Mp =20%25%,调节时间Ts=6.7s15s,符合要求。3、幅频特性图分析1)、校正前幅频特性图。在matlab中输入:G=tf(20,1 3 2 0);figure(1)margin(G);如图所示:由图可得:未校正系统截止频率:c=2.43rad/s ,相角裕度=-28.1 ,幅值裕度h=-10.5,系统不稳定。2)、校正后幅频特性图。在matlab中输入:G=tf(304 185.4 20,14.994 116.613 24
7、5.918 146.22 2 0);figure(1)margin(G);gm,pm,wcg,wcp=margin(G)如图所示:截止频率:c=1.44rad/s ,穿越频率x=3.48rad/s ,相角稳定裕度=49.3 , 幅值稳定裕度H=12.4,稳定。3)、校正装置的幅频特性图。在matlab中输入:G=tf(15.2 9.27 1,14.994 71.61 1);figure(1)margin(G);gm,pm,wcg,wcp=margin(G)如图所示:4、校正装置分析滞后-超前校正网络函数:Gcs=15.2s2+9.27s+114.994s2+71.61s+1由上图可得,校正后系
8、统的截止频率Wc=1.44rad/s和穿越频率Wx=3.48rad/s5、奈奎斯特图分析1)、系统校正前的开环系统的奈奎斯特图在matlab中输入:G=tf(20,1 3 2 0);figure(1)nyquist(G);如图所示:P=0,由奈氏判据,N=1,Z=P-R=P-2N=-2,不稳定。2)、校正后的开环系统奈奎斯特图在matlab中输入:G=tf(304 185.4 20,14.994 116.613 245.918 146.22 2 0);figure(1)nyquist(G);如图所示:P=2,由奈氏判据,N=1,Z=P-R=P-2N=0,稳定。6、SIMULINK中仿真模型分析
9、1)、前向通道中接入饱和非线性环节在SIMULINK中新建:运行可得:由图可得:在前向通道中接入饱和非线性环节,降低了系统的超调量,使得曲线过度更加平滑顺畅。2)、前向通道中接入回环非线性环节在SIMULINK中新建:运行可得:由图可得:在前向通道中接入回环非线性环节,增大了系统的超调量,加重了系统的震荡,严重影响了系统的稳定性,使得系统不再稳定。三、设计总结校正器对系统性能的影响:当控制系统的稳态、静态性能不能满足实际工程中所要求的性能指标时,可以调整系统中可以调整的参数;若通过调整参数仍无法满足要求时,则可以在原有系统中增添一些装置和元件,人为改变系统的结构和性能,使之满足要求的性能指标,
10、我们把这种方法称为校正。增添的装置和元件称为校正装置和校正元件,即校正器。优点:校正器除了可以减小系统误差外,还可以增强系统稳定性,减小非线性特性对系统性能的影响,改善系统的稳定性和瞬态性能,提高系统响应速度。总而言之,就是既提高动态性能,又提高静态性能。在整个设计中我懂得了许多书本知识之外的东西, 也培养了我独立学习的能力, 树立了对自己工作能力的信心,相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。学习需要耐心,需要勤奋,需要不断探索和创新,更要有不骄不躁,坚持不懈的精神,同时,大大提高了我的动手的能力,使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。由于时间比较紧,这个设计做的并不算太理想,但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富, 使我终身受益。学生学习心得经过这次自动控制原理的课程设计,让我对课本知识的了解更加深入,掌握了根轨迹绘制方法、串联校正方法、伯德图绘制方法、奈奎斯特图分析方法等,也让我进一步熟悉 MATLAB这个模拟软件。 在整个设计中我懂得了许多书本知识之外的东西,也培养了我独立学习的能力,树立了对自己工作能力的信心,相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。同时,设计过程也大大提高了我的动手的能力,培养了不骄不躁,坚持不懈的精神。非常感谢X老师在本次设计中的精心指导!学生(签名): 年 月 日诚信承诺本人郑重声明所呈交