自自动控制课程设计滞后环节校正.docx
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自自动控制课程设计滞后环节校正
自动化专业课程设计报告
《自动控制原理设计》
班级:
自动化10—1班
姓名:
许 明
学号:
1005130116
时间:
2012年12月17-21日
地点:
实验楼17实验室
指导教师:
崔新忠
自动化教 研室
自动控制课程设计
一、课程设计题目:
已知单位反馈系统开环传递函数如下:
试设计滞后校正环节,使其校正后系统的静态速度误差系数
,系统阻尼比
绘制校正前后系统的单位阶跃响应曲线,开环Bode图和闭环Nyquist图。
二、课程设计目的
1.通过课程设计使学生更进一步掌握自动控制原理课程的有关知识,加深对内涵的理解,提高解决实际问题的能力。
2.理解自动控制原理中的关于开环传递函数,闭环传递函数的概念以及二者之间的区别和联系。
3.理解在自动控制系统中对不同的系统选用不同的校正方式,以保证得到最佳的系统。
4.理解在校正过程中的静态速度误差系数,相角裕度,截止频率,滞后角频率,分度系数,时间常数等参数。
5.学习MATLAB在自动控制中的应用,会利用MATLAB提供的函数求出所需要得到的实验结果。
三、课程设计内容
1.已知单位反馈系统开环传递函数如下:
试设计滞后校正环节,使其校正后系统的静态速度误差系数
系统阻尼比
绘制校正前后系统的单位阶跃响应曲线,开环Bode图和闭环Nyquist图。
假定此时的系统的静态速度误差系数是符合要求的,即:
则有:
下面画出未校正前系统的对数频率特性,如图所示可知Wc。
=1.91rad/s,计算出未校正前的系统的相角裕量
=-40.1°
相角裕量为负值,说明未校正系统不稳定。
K=13.44,故有;
1)对原系统进行分析,绘制该系统的单位阶跃响应
其对应的代码:
num=[13.44];
den=[13.6 2.24 0];
sys=tf(num,den);
sys1=feedback(sys,1);
t=0:
0.1:
45;
step(sys1,t)
holdon
grid
hold off
title('校正前单位阶跃响应图')
2)未校正前的根轨迹图
对应代码:
num=[13.44];
den=[1,3.6,2.24,0];
rlocus(num,den);
grid;
3)校正前博德图
对应代码:
num=[13.44];
den=[1 3.62.240];
sys=tf(num,den);
margin(sys)
holdon
grid
hold off
由图中可得:
截止频率Wc=1.91
相角裕度γ=-11.6
幅值裕度h=-4.44
4)校正前奈斯图
其相应代码:
num=[13.44];
den=[13.6 2.2413.44];
nyquist(num,den)
title('校正前奈奎斯特图')
四、校正装置设计
(1)参数的确定
在系统前向通路中插入一个相位滞后的校正装置,确定校正装置传递函数。
;ξ≤0.01
;取
=30.7°,一般取
c
(
)=-6°~-14°
由
=
(
)+
c
(
)
取
c
(
)=-10°,计算得
(
)=40.7°,
通过
(
)可求得
=0.597
根据20lgb+L(
)=0,
确定滞后网络参数b和T:
b=0.127,T=65.95
即校正装置传递函数为:
G=
校正后的传递函数为:
校正后的单位阶跃图
num=[13.44];
den=[13.62.240];
sys1=tf(num,den);
num1=[8.381];
den1=[65.95 1];
sys2=tf(num1,den1);
sys3=sys1*sys2;
sys4=feedback(sys3 ,1);
t=0:
0.1:
45;
step(sys4,t)
从阶跃响应图中可以看到,系统此时稳定
3)校正后的博德图
相应代码;
num=[13.44];
den=[13.6 2.240];
sys1=tf(num,den);
num1=[8.381];
den1=[65.95 1];
sys2=tf(num1,den1);
sys3=sys1*sys2;
margin(sys3)
grid
相角裕度=35.5°
幅值裕度=12.5db
4)校正后的奈氏图
校正后奈氏图代码:
num=[112.6272 13.44];
den=[65.95238.42151.328114.867 13.44];
nyquist(num,den)
5)校正后的根轨迹图
根轨迹代码:
num=[221.76 13.44];
den=[127.15458.74252.416224 13.44];
rlocus(num,den);
grid;
五、总结
通过这次对控制系统的滞后校正设计的分析,让我对串联滞后校正环节有了更清晰的认识,同时也学会了公式编辑器的基本使用方法,加深了对课本知识的进一步理解。
在这次课程设计的过程中,虽然开始有不少知识不是很了解,但通过查找资料以及咨询同学和老师,最后都得到了解决,在寻找答案的过程中,我学到了很多平时缺少的东西,也使我深深认识到认真学习的重要性,平时看似不起眼的一些知识点在关键时刻却有着重要的作用。
同时,这次课程设计让我接触到Matlab软件,用它对控制系统进行频域分析,大大简化了计算和绘图步骤,计算机辅助设计已经成为现在设计各种系统的主要方法和手段,因此熟练掌握各种绘图软件显得尤为重要。
在今后的学习中,我会发挥积极主动的精神,把所学知识与实践结合起来,努力掌握Autocad、Matlab等相关软件的使用方法。
在这次课程设计过程,也让我深深地体会团队精神的重要性。
从课程设计的入手到最后分析,对于一个人来说可能是个不小的挑战,注意到每个细节更是不易,我们班的各位同学在独立思考的基础上,遇到难题互相帮助,使各种难题得到了解决。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的,仅有理论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来,从理论中得出结论,才能真正为社会服务,从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计过程中遇到的问题是很多的,但我想难免会遇到这样或那样的问题,同时在设计的过程中发现了自己的不足之处,对以前所学过的知识理解得不够深刻,掌握得不够牢固……通过这次课程设计之后,一定把以前所学过的知识重新温故。
六、参考文献
1《控制系统计算机仿真与辅助设计》任兴权姚建宇徐心和马先编著 东北工业出版社
《自动控制原理》孟华编著机械工业出版社
3、《控制系统设计与仿真》李宜达编著清华大学出版社
4、《控制系统仿真与计算机辅助设计》薛定宇编著 机械工业出版社
5、《MATLAB7辅助控制系统设计与仿真》飞思科技产品研发中心电子工业出版社
6、《MATLAB语言与自动控制系统设计》魏克新等 机械工业出版社
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- 关 键 词:
- 自动控制 课程设计 滞后 环节 校正