自动控制原理课程设计Word格式文档下载.docx
- 文档编号:20693992
- 上传时间:2023-01-25
- 格式:DOCX
- 页数:10
- 大小:87.13KB
自动控制原理课程设计Word格式文档下载.docx
《自动控制原理课程设计Word格式文档下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《自动控制原理课程设计Word格式文档下载.docx(10页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
设
计
内
容
与
要
求
一.设计内容:
已知过程控制系统的被控广义对象的传递函数
,用Bode图超前校正方法进行校正设计,使校正后系统满足阶跃响应超调量及调节时间满足要求:
即超调量
30%,调节时间
15s。
二.设计要求:
(1)绘制原系统的Bode图,并计算出原系统的幅值裕量及相角裕量;
(2)选择校正方式,进行校正装置的设计,得到相应的校正装置参数;
(3)编程绘制校正后系统的Bode图,并计算出校正后系统的幅值裕量和相角裕量;
(4)整理设计结果,提交设计报告;
起止时间
2011年12月26日至2011年12月31日
指导教师签名
年月日
系(教研室)主任签名
学生签名
2.设计内容及思想:
2.1内容:
已知过程控制系统的被控广义对象的传递函数
2.2思想:
在控制系统中,校正方式有多种,恩提要求用超前校正,并不代表只能用该方法,在设计中,遵循校正方法,利用MATLAB编写程序即可完成校正。
3.编制的程序:
3.1运用MATLAB编程:
频域法校正:
编制程序绘制校正前的Bode图和阶跃响应曲线:
K=1;
n1=1;
d1=conv(conv([51],[21]),[101]);
%对传递函数输入描述
s1=tf(K*n1,d1);
figure
(1);
margin(s1);
holdon%绘制得到Bode图figure
(2);
sys=feedback(s1,1);
step(sys)%绘制得到阶跃响应曲线
得如下阶跃响应曲线图2-1和Bode图2-2.
图2-1阶跃响应曲线
图2-2Bode图
由Bode图和阶跃响应曲线知:
超调量
7%,峰值时间
,调节时间(5%误差带)
。
分析可知:
满足要求;
,不满足要求,因此,要满足条件需要校正。
1).在满足条件(假设)的系统动态性能计算:
①
%=0.16+0.4(Mr-1)
SymsMrsigma;
%定义Mr
Mr=solve('
0.16+0.4*(Mr-1)=0.3'
);
%Mr计算式
Mr=vpa(Mr,3)%求取Mr值
语句执行结果
Mr=1.35
即Mr
1.35,取Mr=1.3
2因Mr=1/sinr,则有
symsMrgamma%定义gamma
gamma=solve('
1.3=1/sin(gamma)'
%gamma计算式
gamma=vpa(gamma*180/pi,3)%gamma值
gamma=50.2
即r=50.2
3要求
15s,即
=
/
15s
取Mr=1.3时,有
symstsomegacMr%定义omegactsMr
Mr=1.3;
ts=15;
omegac=pi*(2+1.5*(Mr-1)+2.5*(Mr-1)^2)/ts
程序运行结果
omegac=
0.5603
即选取校正后Wc=0.6rad/s
2).求取超前校正传递函数:
设
,则由:
r1=50.2;
r=-180;
b=0.2;
Wc=0.6;
%定义变量和常量
p=r1-r-b;
%求取中间变量
a=(1-sin(p))/(1+sin(p));
%求取a
T=1/(Wc*sqrt(a))%求取T
S=a*T%求取S
T=0.8124
S=3.4194
可以得到,所求的传递函数:
第二步即求取校正后Bode图和阶跃响应曲线:
%对初始输入函数进行描述
%
n2=[0.81241];
d2=[3.41941];
%对求取的校正传递函数描述
s2=tf(n1,d2);
sys=s1*s2;
%获得校正传递函数
margin(sys);
holdon%得阶跃响应曲线
figure
(2);
sys=feedback(sys,1);
step(sys)%得Bode图
得如下阶跃响应曲线图2-3和Bode图2-4:
图2-3校正后阶跃响应曲线
图2-4校正后Bode图
从图中可得:
超调量:
15.2%,调节时间(5%误差带):
综上分析:
调节时间仍不满足题目要求,因此本题采用频域校正法不能达到预期目的,应尝试其他解题方法,下面尝试根轨迹法。
根轨迹法校正:
k=1;
n=1;
d=conv(conv([51],[2,1]),[10,1]);
%输入传递函数参数
g=tf(k*n,d);
sisotool(g)
得如下图:
分别是根轨迹图2-5、Bode图2-6、阶跃响应曲线2-7。
图2-5根轨迹图2-6Bode图
图2-7阶跃响应曲线
由图可以知道:
幅值稳定欲度h=28.3dB;
-
穿越频率:
0.829rad/s;
相角稳定欲度:
=-180deg剪切频率:
0rad/s
超调量
0%,调节时间(5%误差带)
30%,
15s,满足要求。
4.结论:
该系统通过超前校正无法实现校正装置要求,但通过根轨迹法可以实现,使输出的阶跃响应曲线实现超调量
5.设计总结:
本次设计最初思想是按照题目要求的,用频域法进行校正,结果证明,此法不通,而用根轨迹方法的思想可以快速实现校正,这说明,本例缺少一定的条件使得频域法无法实现,间接说明,根轨迹法和频域法一定条件下可以弥补对方的不足。
同时,告诉我,在设计中要把握传递函数的特性,对传递函数的动态性能指标要准确计算和描述。
实验中应用的MATLAB技术,对绘制Bode图和阶跃响应曲线确实是很方便。
设计中定要牢牢把握设计思想与方法才能很快得到较为正确的结果。
参考文献
[1].薛朝妹,霍爱清,《自动控制理论》课程设计指导书,西安:
西安石油大学电子工程学院,2007年.
[2].瞿亮,基于的控制系统计算机仿真,北京:
清华大学出版社,2006年.
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 自动控制 原理 课程设计