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1、课程设计名称： 自动控制原理课程设计 题 目： 角度控制系统的校正设计专 业：电气工程及其自动化班 级：姓 名：学 号：课程设计任务书一、设计题目：角度控制系统的校正设计二、设计任务:1学习角度控制系统工作原理2掌握系统反馈校正的控制方法3深刻理解反馈校正控制实际意义三、设计计戈U：第一天选择课程设计题目，确定课程设计任务第二天根据课程设计任务进行查阅资料第三天进行整理资料及进行设计第四天进行可行性分析并进行校正分析第五天进行电脑录入输出四、设计要求:通过角度控制系统的反馈校正达到对系统性能改善的目的，更 好的掌握和应用经典控制理论,并进行可行性分析和相应的设计,得出设计结 论.指导教师：教研
2、室主任：时 间：辽宁工程技术大学课程设计成绩评定表学期2006-2007年度第一学期姓名专业电气工程及其自动化班级课程名称自动控制原理课程设计设计题目角度控制系统的校正设计评 定 标 准评定指标分值得分知识创新性20理论正确性20内容难易性15结合实际性10知识掌握程度15书写规范性10工作量10总成绩100评语：任课教师时间年 月 日备注摘要为了改善角度控制系统的动态性能和稳定性，可以通过测速发电机将直流电动机的角 转速测出，通过微分电路反馈到功放输入端，进行反馈校正。这样可以改善系统的瞬态性 能。反馈校正是校正中的一种。是在单纯调整系统参数不能满足性能指标时，对系统进行 的校正。关键词：
3、角度控制 测速发电机 反馈校正目录1 角度控制系统原理图 12 反馈控制原理 23 系统的分析和校正33.1分析系统的固有特性33.2 根据性能指标确定期望特性43.3 检测期望特性的性能 43.4 求校正装置5 4 总结7 体会8 参考文献 91 角度控制系统原理图如图1-1为一角度控制系统，系统输入为指令转角申，输出为负载转角P。当系统误 rc差角e丰0时，由自整角既CX-CT组成的比较装置输出交流电压信号E。，通过解调放大器变为直流放大的信号V，与转速反馈信号V比较，经过功率放大后驱动直流电动机ZD, 12用减速器耳放大力矩，以拖动负载转动。负载转交申 直接反馈到比较装置。测速发电机ZF
4、将直流电动机的角速Q = p测出，cc通过分压电阻R,微分电路CR反馈到功放输入端，进行反馈校正。其目的是为了改善瞬 11态性能，角度控制系统原理图图 1-1 结构图2 反馈控制的原理反馈校正的基本原理：利用反馈校正装置包围待校正的系统中对动态性能改善有妨碍 作用的某些环节，形成一个局部反馈回路，在局部反馈回路的开环幅值远大于一的时候， 局部反馈的特性主要取决于反馈装置，而与被包围的部分无关。如图 2-1图 2-1前向通道G被传递函数H负反馈包围，于是反馈环路的传递函数为22Y(s) G (s) = 2 X(s) 1 + G (s)H (s)22其频率响应为：辿)=9卫-XO)1 + G (j
5、w)H (jw)22 可以看到在感兴趣的频带内如果p2(jw)HCjw) i可近似写出Y(jw)G (jw)1X(jw) G (jw)H (jw) H (jw)2 2 2 从上式可以看出如果满足一定条件，则可以用反馈通道的传递函数的倒数来等效描述 在一定的频带范围内控制系统的特性由传递函数G (s)G (s)C(s)i H (s) 3 c 2R(s) 1 + G(s)G (s)H (s)1 H (s)312来描述。 负反馈的这个特性非常重要，本次设计就是利用了反馈校正的这个特性，减小系统的 时间常数，改变系统的响应速度。从而改善了系统的动态性能。3 系统的分析和校正31 分析系统的固有特性根据
6、传递函数方框图 3-1 可得固有传递函数G( S)=316S (0.13S + l)(0.02S +1)并画出幅频渐进线如图3-2 AC）所示。根据图或计算可得出图中幅值穿越频率为43.7rad/s,相角欲32 根据性能指标确定期望特性系统固有部分低频段已经满足精度要求，故希望特性低频段与a6）的-20dB/dec低频 段直线重合（图 c 点前）。因为高频段对瞬态性能影响不大，所以可使期望特性高频段与 AC）高频段的-60dB/dec直线重合（图d点后）下面按指标确定和，在来确定期望特性的中频段。 先按从工具书中查出系统应该具备的相位欲量，接着按公式计算出 再由公式算出中频段的幅值上下限：A（
7、）= 201g 1.22 = 14.9dB1 1.22 -1A C）= 20lg 1.22 =5.2dB2 &1.22 +1中频段的位置由确定。根据丫 = 55。，在工具书上查的t二8/o，按指标要求取c s ct 二 0.6s， o 二 13rad / s。sc在图3-2中过点o二13rad / s做斜率为-20dB/dec的直线，与A1（o） =14.9db线和 A2（o ）=-5.2db线分别交于点a和bi由a点作斜率为-40db/dec的直线，与A（o）低频段交于c点,ac即低频段过渡线在确定高频过度线时，应考虑尽量 使校正装置简单因为o =50rad/s是系统固有部分 的一个转角频率
8、，所以可将中频段从bi点延长至该o处的b点（延长中频段的稳定性有利）, 然后再以-40db/dec的斜率作为高频过度线，与固有部分的高频段交于d点整个期望特性 如图 3-2 中的细线所示3.3 检测期望特性的性能由图 3-2 可写出LC）_316（0.3s +1）_ s（5.6s +1）6.02s + 1）6.008s +1）Y 二 180。+ arctan0.3 x 13 - Co。+ arctan5.6x 13 + arctan0.008 x 13）= 55.9。图3-3是它的Bode图，幅值欲量H =20DB.g图 3-3 Bode 图3.4 求校正装置为了清楚表示，将图3-2中的B(S
9、)线画在图3-4中，并在同一图中画出被包围环节船的幅频渐进线为*).在画出校正装置特性g (s )线，如图它是一个微分环节，传函根据图 1-1 可知G (s)= VS = K B 空式中，K是测速发电机ZCF的电势系数,查产品手册得ZCF121的K =0.16V.S/rad. 0是由 ff电位计滑臂调节的分压系数令G (s)= 398 和G (s)=出 = K 0 RiCiS相等可 f 0.13s +1 f Q s)f RCS +1d 1 1得 RC =0.3, 0.0 RC =0.018.解 0 =0.375 .选择电容 C 二 2卩 F, R 二 0.3/(2 x 10 - 6)Q 二 1
10、50Q. 1 1 1 1 1 1电位器电阻R 一般很小，选R R /103二0.15kQ1校正前 , 后闭环系统阶跃响应分别如图 3-5 和图 3-6. 系统从不稳定变为稳定, b = 20.64%,t = 0.68s.满足给定的瞬态性能指标.s4 结论为了改善控制系统的性能 ,除了采用串联校正方式外,反馈校正也是广泛应用的一种 校正方式.系统采用反馈校正后,除了可以得到与串联校正相同的结果外,还可以获得某些 改善系统性能的特殊功能.反馈校正的特点有:1) 削弱非线性的特点2) 减少系统的时间常数3) 降低系统对参数变化的敏性4) 抑制系统噪声 本设计就是利用了反馈校正的这些功能.不但满足给定
11、的瞬态性能指标,还使系统从不稳定变为稳另外采用反馈校正的控制系统 ,必然是多环系统 .在频域内进行多环系统的反馈校正 , 除了可采用期望特性综合法外,也可以采用分析法校正.反馈校正装置传递函数的倒数,在 主要频率内近似等效于串联校正装置的传递函数 ,因此也可以用串联校正的方法确定反馈 校正装置的参数.本设计是采用期望特性综合法,也可以用分析法校正.体会通过角度控制系统的反馈校正设计，使我对反馈校正的原理和实际应用有了进一步的 了解。利用反馈校正装置包围待校正的系统中对动态性能改善有妨碍作用的某些环节，形 成一个局部反馈回路，使得局部反馈的特性主要取决于反馈装置，而与被包围的部分无关。 通过反馈
12、校正改善系统的性能。在设计的过程中遇到了不少的问题，首先是课题的选择， 经过反复的挑选，我选种 了这个课题。虽然是我学过的内容但是到了自己分析问题的时候还是手忙脚乱。不知道从 什么地方下手。但是我坚信自己一定能完成设计任务。通过网络的搜索，图书的查阅，我 对设计的过程和方法有了一定了解，然后在老师和同学的帮助下，我的课程设计顺利的完 成在这里我要感谢帮助过我的老师和同学 通过这个设计让我对自动控制技术有了进一步的认识。自动控制技术已广泛的应用在 制造业，农业，交通，航天及航空等众多产业部门，极大的提高了生产率 提高了人们的 生活水平。因为这们技术涉及的方面很广所以要想灵活的应用自动控制技术就得广泛的学 习各门科学 。不能认为学好了自动控制原理就能顺利的应用自动控制技术。所以我们要 不断充实自己的知识为今后的设计打好基础。参考文献1 .胡寿松主编 自动控制原理 科学出版社 20012 张永相主编 机电控制理论及应用 重庆大学出版社 20063 李友善主编 自动控制原理 国防工业出版社 19894 陶永华主编.新型PID调节器M.机械工业出版社,2000.5 金以慧主编 过程控制 清华大学出版社 1993.
