太阳观测控制系统设计稿课程设计稿.docxVIP

学号：0121211350518课程设计题目太阳观测控制系统设计学院自动化专业电气工程及其自动化班级电气1205姓名刘爽指导教师熊和金、李浩2015年1月16日课程设计任务书学生姓名：刘爽专业班级：电气1205班指导教师：熊和金、李浩工作单位：自动化学院题目: 太阳观测控制系统设计初始条件：太阳观测控制系统的开环传递函数为：要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1．分别用时域和频域方法设计该系统的控制器。控制系统的时域性能指标为：斜坡输入产生的稳态误差2%阶跃响应的最大超调5%上升时间0.03秒调节时间0.08秒控制系统的频域性能指标为：斜坡输入产生的稳态误差1%相位裕量大于2.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。时间安排:任务时间（天）审题、查阅相关资料1分析、计算3编写程序1撰写报告2论文答辩0.5指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日摘要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，极大地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。?随着计算机技术的飞速发展，控制系统计算机辅助设计技术在工具、理论和算法上取得了巨大的进步，以前难于设计的控制系统现在可用新方法和新策略较容易地得到结果。在目前诸多控制系统设计方法中，处于主导地位的是频域设计方法和时域设计方法。?计算机的不断普及和各工具软件的不断发展，Matlab已经作为一个很强大的软件而受到人们的广泛应用。结合Matlab来分析系统的动态性能，已经成为了未来发展的趋势。关键词：太阳观测控制系统时域分析频域分析Matlab仿真太阳观测控制系统设计以时域方法设计系统的控制器1.1理论分析1.1.1典型情况分析根据设计要求，若将系统设计为最基本的单位负反馈的二阶系统。单位负反馈的二阶系统的结构图如图1-1所示：图1-1单位二阶系统的结构图其开环传递函数为：其中，是二阶系统的阻尼比；是自然振荡频率或无阻尼振荡角频率，简称为自然振荡频率或无阻尼振荡频率。式②也可以写作：其中，称为开环增益，为时间常数。二阶系统的闭环传递函数为：由于系统不存在闭环零点，上式所示的系统为无零点的二阶系统。显然二阶系统的响应取决于、两个参数，令式(4)等于零，得二阶系统特征方程为：（5）系统的闭环极点即特征方程式的根为：（6）从式(6)可以看出，当阻尼比，二阶系统的两个闭环极点为正实数或一对具有正实数部的共轭复数，位于右半S平面；当阻尼比，二阶系统的两个闭环极点为负实数或一对具有负实部的共轭复数，位于左半S平面。1.1.2基本参数计算由开环传递函数可得：（7）（8）（9）由式(7)、(8)、(9)可将、用含有K的式子表示：，，；阻尼角为：。1.1.3上升时间的计算欠阻尼二阶系统单位阶跃响应为：（10）上升时间是指第一次上升到稳态值所需要的时间。由于的稳态值为1，在计算上升时间时，令，可得到：（11）1.1.4超调量的计算系统上升到最大值的峰值时间为：（13）将式（14）代入式（10），得到其峰值为：（15）所以可以计算其超调量为：（16）1.1.5调节时间的计算从理论上来说要精确计算是十分困难的，因为曲线的收敛速度比比其包络线要快，所以可以用包络线代替响应曲线进行估算，所得结果略保守。设误差带为，包络线进入误差带的时间即可认为是调节时间设误差带为，则可得到：（18）对于或者，常采用以下公式计算调节时间：（19）（20）本次设计采取误差为进行设计，所以调节时间用含有K的式子表示为：1.1.6理论分析结论按照最基本的单位负反馈二阶系统设计控制器，不能满足设计的要求，所以需要加入控制环节来增大系统的阻尼比，以达到控制调节的时间的目的。根据设计要求，添加比例-微分控制器或者测速负反馈控制器均能达到增大系统的阻尼比的目的。下面将对这两个控制方式进行对比及选择。1.2方案论证与选择1.2.1方案1—比例-微分控制比例-微分控制是通过引入误差信号的倒数作为附加的控制信号，从而可以减小系统的超调量，如图1-2所示是比例-微分控制系统的结构图：图1-2 比例-微分控制系统的结构图通过调整的大小，可以改变附加信号的强弱，采用比例-微分控制时系统的开环传递函数为闭环传递函数为系统的阻尼比为可见对于阻尼比为的欠阻尼二阶系统，采用比例-微分控制时其阻尼比增加为，从而使系统的超调量下降，调节时间变短。但是采用比例-微分控制后系统为有零点的二阶系统。1.2.2方案2—测速负反馈控制测速负反馈控制是通过引入输出量的倒数作为附加控制信号，来减小系统的超调量，如图1-3是测速负反馈系统的结构图：图1-3测速负反馈系统的结构