自动控制原理课程设计参考.docVIP

目录 1 初始条件 1 2 要完成的任务 1 3 设计方案 1 4 分析与计算 2 4.1 计算校正后系统的传递函数 2 4.2 绘制根轨迹 5 4.3仿真，阶跃响应 7 4.3.1 校正前系统的阶跃响应 7 4.3.2 校正后系统的阶跃响应 8 5 小结 9 参考文献 11 转子绕线机控制系统的串联滞后-超前校正设计 1 初始条件 已知转子绕线机控制系统的开环传递函数: 要求系统的静态速度误差系数，。 2 要完成的任务 MATLAB作出满足初始条件的最小K值的系统伯德图，计算系统的幅值裕度和相位裕度。 前向通路中插入一滞后超前校正装置，确定校正网络的传递函数。 用Matlab画出未校正和已校正系统的根轨迹。 用Matlab对校正前后的系统进行仿真分析，画出阶跃响应曲线，计算其时域性能指标。 课程设计说明书中要求写清楚计算分析的过程，列出MATLAB程序和MATLAB输出。 3 设计方案 根据要求设计滞后超前校正装置，确定各参数值，通过matlab对校正后系统编程分析，最终确定满足要求的传递函数，并通过matlab绘制系统的bode图、根轨迹以及通过Simulink对系统进行阶跃函数的仿真，计算时域指标。 4 分析与计算 4.1 计算校正后系统的传递函数 有初始条件可知，系统的开环传递函数是：，要求校正后的速度误差系数，首先将传递函数化简成标准形式，可得到： 根据速度误差系数公式可得到：K=750，则开环传递函数为: 令s=jw，带入到上式，得到： 利用matlab求解系统开环传递函数的相角裕度和截止频率，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，截止频率=7.07rad/s，穿越频率=7.07rad/s，幅值裕度h=1。以下是运用matlab得到的bode图： 图4-1 校正前系统的bode图 接下来计算之后超前网络的传递函数，令=，=7， =0.01=0.07，=0.1=0.7，=22，绘制校正前后的对数幅频渐近特性曲线： 图4-2 校正前后的对数幅频渐近特性曲线 由系统校正后的对数幅频渐近特性曲线可写出系统校正后的传递函数： 运用matlab计算校正后系统的相角裕度，程序如下： n=[21.428 15] d=[0.0295 1.3 14.377 1 0] g1=tf(n,d) [mag,phase,w]=bode(g1) margin(g1)运行后得： r=60.7 Bode图如下： 图4-3 校正后系统的bode图 4.2 绘制根轨迹 校正前系统根轨迹程序： num=1 den=conv(conv([1,0],[1,5]),[1,10]) rlocus(num,den) title(校正前系统根轨迹图) 图4-4 校正前系统根轨迹 校正后系统根轨迹程序： n=[1 0.7]; d=[1 44.07 487.08 33.88]; g1=tf(n,d); rlocus(g1); 图4-5 校正后系统根轨迹程序 4.3仿真，阶跃响应 4.3.1 校正前系统的阶跃响应 通过Simulink构造校正前系统模型，如下所示： 图4-6 校正前系统模型 仿真结果如下图所示，由图可知，系统的峰值时间=1.5s，系统不稳定。 图4-7 校正前系统的阶跃响应曲线 4.3.2 校正后系统的阶跃响应 通过Simulink构造校正后系统模型，如下所示： 图4-8 校正后系统模型 仿真结果如下图所示：由图可知，校正后系统的峰值时间=3s，最大值=1.2，终值=1，调节时间=5s，根据超调量公式可得到超调量=20%。 图4-9 校正后系统的阶跃响应曲线 通过对系统开环传递函数的校正，可以看出，校正之后系统最终趋于一个稳定的值，而不像校正之前的程发散状态。从bode图可以看到，校正后系统的相角裕度为60.7度，静态速度误差系数为15，均满足题目要求，由此可以看出，串入的滞后超前传递函数达到了预期的要求。 5 小结 自动控制技术已广泛应用于制造业、农业、交通、航空及航天等众多产业部门，极大的提高了社会劳动生产率，改善了人们的劳动条件，丰富和提高了人民的生活水平。在今天的社会生活中，自动化装置无所不在，为人类文明进步做出了重要贡献。 我所做的题目是转子绕线机控制系统的串联滞后-超前校