转子绕线机控制系统的滞后校正设计Word格式文档下载.docx
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任务
时间(天)
审题、查阅相关资料
2
分析、计算
3
编写程序
撰写报告
论文答辩
1
指导教师签名:
年月日
系主任(或责任教师)签名:
目录
摘要
制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。
在控制技术需求推动下,控制理论本身也取得了显著进步。
从线性近似到非线性系统的研究取得了新的成就,借助微分几何的固有非线性框架来研究非线性系统的控制,已成为目前重要研究方向之一。
为了实现各种复杂的控制任务首先要将被控制对象和控制装置按照一定的方式连接起来,组成一个有机整体,这就是自动控制系统。
关键字:
制动控制技术、系统分析、MATLAB、校正
1.设计目的、要求及原理
1.1设计目的
通过增加一个滞后校正装置,确定其最适合参数来改变系统性能。
1.2设计要求
要求系统的静态速度误差系数
1.3设计原理
通过分析系统逐步确定其矫正系统参数,具体步骤如下:
1.根据稳态误差要求求出K值;
2.画出未校正系统的波特图,并求
;
3.波特图上绘制出
曲线;
4.根据稳态误差
要求,求出校正系统的截止频率
5.根据公式
和
,可求出b和t;
6.验证已校正系统的相位裕度和幅值裕度;
2.设计分析与计算
2.1最小K值的系统频域分析
已知转子绕线机控制系统的开环传递函数是:
(静态误差系数
)
所以最小的K值为:
K=600
故:
1 求相位裕度:
因为
在穿越频率处
=1,解得
=6.31rad/s
穿越频率处的相角为:
相角裕度为:
deg
2 求幅值裕度:
所以,幅值裕度为:
使用MATLAB软件可直接得到系统的BODE图和相角,幅值裕度。
程序的代码如下:
n=600
d=[1,15,50,0]
g1=tf(n,d)
[mag,phase,w]=bode(g1)
margin(g1)
图4-1校正前系统的BODE图
Matlab仿真结果为:
Gm=1.94dB;
Pm=6.18deg(与理论计算结果相同)
2.2滞后校正函数计算
由于按设计要求幅值裕度
根据要求令相角裕度γ=60并附加6,即取γ=66。
设滞后校正器的传递函数为:
校正前的开环传递函数为:
故用matlab编写的求滞后校正的程序代码如下:
k0=600;
n1=1;
d1=conv(conv([10],[15]),[110]);
Go=tf(k0*n1,d1);
[mag,phase,w]=bode(Go);
Mag=20*log10(mag);
Pm=60;
Pm1=Pm+6;
Qm=Pm1*pi/180;
b=(1-sin(Qm))/(1+sin(Qm));
Lcdb=-20*log10(b);
wc=spline(Mag,w,Lcdb);
T=10/(wc*b);
Tz=b*T;
Gc=tf([Tz1],[T1])
图4-2滞后校正求解图
故得到结果为:
使用matlab检验是否符合要求,程序代码为:
K=600;
s1=tf(K*n1,d1);
n2=[18.581];
d2=[411.21];
s2=tf(n2,d2);
sys=s1*s2;
[mag,phase,w]=bode(sys);
margin(sys)
图4-3校正后系统BODE图
Gm=28.7dB;
Pm=75.3deg(符合设计要求)
3.用MATLAB画校正前后的轨迹
3.1校正前的根轨迹
由于系统未校正前的开环传递函数为:
使用MATLAB画根轨迹代码如下:
num=600
den=conv(conv([1,0],[1,5]),[1,10])
rlocus(num,den)
title('
控制系统未校正前根轨迹图'
图4-4校正前系统根轨迹图
3.2校正后的根轨迹
系统校正后的开环传递函数为:
num=600*[18.58,1]
den=conv(conv([1,10],[411.2,1]),[1,5,0])
控制系统校正后根轨迹图'
图4-5校正后的系统根轨迹图
图4-6右方根轨迹放大图
4.用Matlab对校正前后的系统进行仿真分析
4.1校正前系统
系统未校正前的开环传递函数为:
单位负反馈闭环传递函数为
使用MATLAB求校正前系统单位阶跃响应的性能指标代码如下:
den=[1,15,50,600]
t=0:
0.01:
20
step(num,den,t)
[y,x,t]=step(num,den,t)
maxy=max(y)
yss=y(length(t))
pos=100*(maxy-yss)/yss
fori=1:
2001
ify(i)==maxy
n=i;
end
tp=(n-1)*0.01
y1=1.05*yss
y2=0.95*yss
i=2001
whilei>
i=i-1
ify(i)>
=y1|y(i)<
=y2;
m=i;
break
end
ts=(m-1)*0.01
stepresponse'
grid
图4-7校正前单位阶跃响应曲线图
系统不稳定,性能指标无意义
4.2校正后系统
使用MATLAB求校正后系统单位阶跃响应的性能指标代,代码如下:
den=[411.2,6169,20575,11198,600]
Lsys=tf(num,den);
[y,t,x]=step(Lsys);
plot(t,y)
然后使用matlab中的LTIViewer工具,在MATLAB提示符》后,输入ltiview,即可启动该图形软件。
从File的下拉菜单中选中→import选项选择需要仿真的系统。
选择窗口中的Lsys系统,并用鼠标点击OK。
在画面中点击鼠标右键,选择“Characteristics”选项,再选择“PeakTime”项可得阶跃响应曲线中的峰值时间。
在画面中点击鼠标右键,选择“Characteristics”选项,再选择“SettlingTime”、“RiseTime”、“SteadyState”选项可得阶跃响应曲线中的调节时间,上升时间,稳态值。
通过点击“Edit”菜单,在弹出的下拉菜单中选择“ViewerPreferences”项,设定阶跃响应的上升时间范围为最终稳态值的0~90%,调节时间的误差带为2%。
图4-8校正后的单位阶跃响应曲线
阶跃响应系能指标:
上升时间tr=2.75s
峰值时间tp=8.7s
调节时间ts=31.5s
峰值幅值h(tp)=1.07
稳态值h(∞)=1
超调量
5.心得体会
Matlab是以前就学过的,但是之前做的是电路分析。
学习《自动控制原理》这门课的时候,也有少量接触过,但是这次单独的课程设计让我真正有了自己去设计的感觉,只给一个不完善的系统,通过分析,充分应用matlab来改善其性能。
其中用的最多的就是频域分析和跟轨迹分析,而且通过比较,我能充分感受到matlab软件的强大及便捷。
这次课设并不是很难,用到的知识在《自动控制原理》中基本都提到,所以对于我们自身来说,难度不大,但是我个人觉得,我们应该利用这次机会更深入了解matlab软件以及其常用应用指令;
另外,针对自动控制系统的分析,我们应该从更高程度去理解系统分析的意义及常用方法,这对于我们自动化专业的学生来说,应该是打好基础的过程,应该充分重视。
6.参考文献
[1]王万良.自动控制原理[M].北京:
科学出版社,2001.
[2]胡寿松.自动控制原理[M].4版.北京:
[3]黄坚.自动控制原理及其应用[M].北京:
高等教育出版社,2004.
[4]赵景波.MATLAB控制系统仿真与设计[M].北京:
机械工业出版社,2010.
[5]黄忠霖.控制系统MATLAB计算及仿真实训[M].北京:
国防工业出版社,2006.
本科生课程设计成绩评定表
姓名
张丹
性别
女
专业、班级
自动化0805班
课程设计题目:
课程设计答辩或质疑记录:
成绩评定依据:
评定项目
评分成绩
1.选题合理、目的明确(10分)
2.设计方案正确、具有可行性、创新性(20分)
3.设计结果(例如:
系统设计程序、仿真程序)(20分)
4.态度认真、学习刻苦、遵守纪律(15分)
5.设计报告的规范化、参考文献充分(不少于5篇)(10分)
6.答辩(25分)
总分
最终评定成绩(以优、良、中、及格、不及格评定)
指导教师签字:
年月日
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- 关 键 词:
- 转子 绕线机 控制系统 滞后 校正 设计