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1、自动控制原理课程设计1单容水箱动态特性1.1单容水箱构成无自平衡对象表1-1 一阶无自平衡对象的实验数据及验证结果T(s)7880S48688909294H（实验值）3.57903.67203.70603.79903.85703.94003.99904.0620H（理论值）3.59433.65993.72553.79113.85673.92233.98794.0535对象参数计算过程:G(S) =,T = , /2(/) = Kx(/ G) + /“ TSK根据实验数据，利用matlab拟合曲线得到：仏=1.187, t（） = 4.6067h(t) = 0.032& +1.0359T =丄=
2、一)一 =30.4878 K 0.0328r = 4.6067传递函数为:-4.6067SG(S)= 30.4878SI实验飞升曲线如图1-1图1-1 （+为实验数据点，直线为拟合直线）自动控制原理课程设计1.2单容水箱构成自平衡对象由于试验给的是放水的过程，但是该系统的关键参数不会变化，因为它是一个惯K性环节(G(s)二 一)，其中，T是不会变的，则可以用MATLAB模拟的方法。Ts + 表1-2 一阶自平衡对象的实验数据及验证结果100125150175200225实验值3.05702.64602.37302.18702.07502.0210计算 值3.05602.63242.3852.1
3、8722.04902.0240X250275300325350375实验值1.98201.95301.93401.92901.91901.9190计算值1.99.141.94221.9361.92751.91611.928参数讣算:由飞升曲线确定一阶惯性环节的参数，GG) = -7Ts + 1中需要确定未知参数K和T。静态增益=丄竺=3.92。x(0)20%x5求时间常数T时，先将实验飞升曲线改写成如下标幺的E升曲线, y(t)y =y(8)标幺的飞升曲线的表达式为：#自动控制原理课程设计因此只需选择某个时刻找出才）的值，就可解出T值。1$(101) = 0.63 ,101ln( 1-0.63
4、)= 102KTs + 3.92=1 + 102S实验曲线:图1-2#2二阶对象的传递函数(二阶20%给定)表2二阶对象的飞升曲线的实验数据t)(d)l_ylgl-)(/)10s0.55860.4414-0.817920s0.55630.4437-0.812630s0.55860.4414-0.817940s0.61610.3839-0.957350s0.63440.3656-1.006260s0.67110.3289170s0.70550.2945-1.222480s0.73090.2691-1312690s0.76050.2395-1.4294100s0.78360.2164-1.5306
5、表中y *(f) = ,y(t)是任意时刻水位高度，y(oo)为达到平衡时水位的高 y(s)度。)(/)传递函数G(s)=1凡+ 2昭+ 1此式改写G(f) =尸(S + )(s +)式中于是传递函数乂可表示成coxco2(s + eJO + q)在单位阶跃作用下，输出的飞升曲线为/(/)=1- (厂如 + 严” _ Q今_根据以上飞升曲线模型，利用matlab拟合可得:w 1=0.0132, w2= 7.9935可以得到 T= 3.0754, 了 =12.3121利用公式：T- 1 J%2“传递因数 G($)=尸 5 + 2昭 + 1 = 9.4581S2 +75.7286S+1曲线如图2-
6、1：图2-1 （平滑曲线为拟合曲线，丧荡曲线为实验曲线）3二阶对象的传递函数（二阶40%给定）表3-1二阶对象的飞升曲线的实验数据t)(d)l_ylgl-)(/)400s0.95570.0443-3.1164404s0.95290.0471-3.0546408s0.96040.0396-3.2286412s0.96040.0396-3.2286416s0.95880.0412-3.1898420s0.96350.0365-3.3111424s0.96630.033733916428s0.96630.033733916432s0.96790.0321-3.4394436s0.96790.0321
7、-3.4394表中y *=出，y （t）是任意时刻水位高度，y（s）为达到平衡时水位的高 y（eo）度传递函数可表示成 0（5）= 竺（S + CO ）（5 + 692）在单位阶跃作用下，输出的飞升曲线为/（Z）= 1 _ + 严，6 CD、C02 -根据以上飞升曲线模型，利用matlab拟合可得：（附程序2）w 1=0.0082w2= 8.1451卜宀利用公式：“,可以得到 T= 3.8637, T任取两点(ti,yl*)、(t2,y2*)T =g 一1】1一)4)一11】1 厂_ $ In 1-(/)一人 In 1 才(。). In 11-/()-lull-/(r2)J可取 y*(61 )
8、=0.3908,y*( 116)=0.6302T = 2(r2 一人)=2( 116 61) = 110r = 2/j = 5传递函数G($) = + TS1.5941 _5, i+iios表4-1不同模型拟合情况比较X50s80s200s220s300s500s实验值0.366030.49930.79510.80890.90200.9880K计算值T3 + 2E + 10.33680.48170.80670.83600.91500.9836K计算值Ts + 10.33570.49430.8300.85840.93160.9889自动控制原理课程设计#实验曲线:图4一15设计串联校正装置(二阶
9、20%给定的校正)校正前的根轨迹：0.72Q92/0.98&6A0.5a640：3 0.143210.98O.&C0.72l* pfI0.5S0.440.30.14f11图5-1Real AxeRd19满足 0.05的校正要求，此时0.60.8满足要求。由：Kc =校止装置的传递函数1s + L1S + Th1c -4-s上Th) Pa )G($) = Kc=74心 + 055 丫$ + 396=74 I s* + 0.21 丿I y + 9.85)6系统调试校正装置的电路图山以上电路图可得其传递函数为+ )(R2C2s +1)G.(5)=；RqCqCS。+ (/?G + RCq + R&2)
10、5 +1可设T/ RG可改写为:G(s) = KcG+l刃+l7? + lIfLs + 即：G(s) = Kc则:7； =/?C =丄=182 0.55几=2 = = 0.253 “3.967设计总结本次设计达到设汁要求，实现了对单容水箱的水位动态控制，以及反馈 调节，因为各个参数计算准确,实用性较强.我从多角度计算了二阶对象的传递函数（包括20%给定和40%给定）.考 虑到系统的延时情况,用带时延的一阶惯性对象拟合二阶40%给定稳定系统 的延时情况对于系统有可能出现的误差，在系统中加入了串联校正装置（二 阶20%给定的校正），选用的超前滞后校正装置,考虑到校正的重要性，将校 正前后的根轨迹计算并绘制出来加以比较。在系统的调试环节中，比较详细的计算了相关环节的传递函数及各元件 的参数。个人能力有限，设计的不足之处还请老师多多改正。8设计体会本次课程设讣存在许多缺陷的主要原因是缺少必要的系统的相关知识 的掌握，不能进行更全面，更科学，更符合工程实际需要的思考和分析
