转子绕线机控制系统的滞后校正设计.doc

转子绕线机控制系统的滞后校正设计.doc 武汉理工大学《自动控制原理》课程设计 说明书 房屋状态说明书下载罗氏说明书下载焊机说明书下载罗氏说明书下载GGD说明书下载 课程设计任务书 学生姓名: 专业班级: 指导教师: 工作单位: 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 目: 转子绕线机控制系统的滞后校正设计 初始条件:已知转子绕线机控制系统的开环传递函数为: KG(s), s(s，5)(s，15) ,1,要求系统的静态速度误差系数，相位裕度 。 K,10s,,60v 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、 用MATLAB作出满足初始条件的最小K值的系统的伯德图，计算系统的 幅值裕度和相位裕度。 2、 前向通路中插入一相位滞后校正，确定校正网络的传递函数。 3、 用MATLAB画出未校正和已校正系统的根轨迹。 4、 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。 5、 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。说明书的格式按照教务处 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 书写。 时间安排: 任务 时间(天) 审题、查阅相关资料 2 分析、计算 3 编写程序 2 撰写报告 2 论文答辩 1 指导教师签名: 年 月 日 系主任(或责任教师)签名: 年 月 日 0 武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书 目录 工贸企业有限空间作业目录特种设备作业人员作业种类与目录特种设备作业人员目录1类医疗器械目录高值医用耗材参考目录 1.设计目的 .............................................................................................................. 2 2.设计任务及要求 ................................................................................................... 2 3.设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 论证 ....................................................................................................... 2 3.1校正前系统分析 ........................................................................................ 4 3. 2选择校正方案 ............................................................................................ 4 4.校正前后性能比较 ............................................................................................... 6 4.1校正前后系统的根轨迹比较 ..................................................................... 6 4.2系统校正前后的仿真分析 ......................................................................... 8 5.设计小结 ............................................................................................................. 11 6.心得体会 ............................................................................................................ 12 参考文献 ................................................................................................................ 13 1 武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书 转子绕线机控制系统滞后校正设计 1.设计目的 首先，通过对转子绕线机控制系统的分析，加强对转子绕线机控制系统的认识，并掌握滞后校正设计的方法。其次，通过设计，培养分析问题解决问题的能力。此外，使用MATLAB软件进行系统仿真，从而进一步掌握MATLAB的使用。 2.设计任务及要求 已知转子绕线机控制系统的开环传递函数为: KG(s), s(s，5)(s，15) ,1,要求系统的静态速度误差系数，相角裕度 。 K,10s,,60v 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) ?用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。 ?前向通路中插入一相位滞后校正，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.设计方案论证 当控制系统的性能指标不能满足期望的特性指标时，需要在已选定的系统不可变部分(包括测量元件，比较元件，放大元件及执行机构等)的基础上加入 2 武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书 一些装置(即校正装置)，使系统能满足各项性能指标。 3.1校正前系统分析 用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。 首先，确定最小K值: k=k/75 v 则可得到满足初始条件的最小K值:K=750 那么满足初始条件的最小K值的系统开环传递函数为: G(s)=750/ 用MATLAB软件作出校正前满足初始条件的最小K值的系统伯德图如下 MATLAB程序: k0=300; n1=1;d1=conv(conv([1 0],[1 5]),[1 15]); [mag,phase,w]=bode(k0*n1,d1); figure(1);margin(mag,phase,w); 图3-1 校正前满足初始条件的最小K值的系统伯德图 3 武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书 3.2选择校正方案 由伯德图可知系统的 幅值裕度 h=2.0000dB 穿越频率 =8.6603 wg 相角裕度 =18.2874deg 截止频率 w=5.9646 c 也可以通过计算得到，计算过程如下: 由 A(w)=|G(jw)|=1 得到 w=w=5.9646 ; c ,(w),,90:,arctg0.2w,argtg(w/15) o,()180w,,g 得到w=8.6603 ; g ,,180:，,(wc) ,180:,90:,arctg0.2wc,argtg(wc/15) o =18.2874 可见由作图法和计算法得到的结果一样。 说明未校正系统不稳定，且截止频率大于要求值，在这种情况下， 采用串联超前校正是无效的，用滞后校正。 wc" 确定校正后系统的增益剪切频率。在此频率上，开环传递函数的相角裕 oowc"度应等于要求的相角裕度再加上(5-10)——补偿滞后校正网络本身在处的 相位滞后。 现要求校正后系统的相角裕度,,60:，所以 ,,,60:，6:,66:,,6: ，其中补偿角度取 4 武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书 owc"在伯德图上可找得，在=1.611附近的相位角等于-114(即相角裕 o度为66)，故取此频率为校正后系统的剪切频率。即 wc" =1.611 ,,,L(wc)w,wc"确定原系统频率特性在处幅值下降到0dB时所需的衰减量。 ,利用 ，解得 b=0.170为了使滞后校正装置产生的相位20lgb，L(),0,,,c ,,wk滞后对校正后系统的增益剪切频率处的影响足够小，应满足，一般取 1。 ,(5,10),,,cbT 1利用 0.1,得到bT=5.905,T=34.741。 ,,,,CbT 现在可以确定校正装置的传递函数 1，5.905sGc(s),1，34.741s 验算指标(相角裕度) ,,,,,，，,,arctg0.1b,1,,4.7447:,,,c,, ,,,,,,,, 系统满足要求 ,,,，,,61.2553:,,,,,,cc,,,, 图3-2 校正后系统伯德图 5 武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书 4.校正前后性能比较 4.1校正前后系统的根轨迹比较 用MATLAB软件画出未校正和已校正系统的根轨迹。 MATLAB程序如下: num=10; den=conv(conv([1,0],[0.2,1]),[1/15,1]); G=tf(num,den); figure(1); rlocus(G); xlabel('t'); ylabel('y'); den1=conv([1,34.741],den); num1=[num*5.905,num]; G1=tf(num1,den1); figure(2); rlocus(G1); xlabel('t'); ylabel('y'); 未校正的系统的根轨迹如图4-1: 6 武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书 图4-1 未校正的系统的根轨迹 已校正系统的根轨迹如图4-2: 图4-2 已校正系统的根轨迹 7 武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书 4.2系统校正前后的仿真分析 用MATLAB软件画出未校正和已校正系统的阶跃响应曲线。 未校正前系统阶跃响应曲线的MATLAB程序如下: num=10; den=conv(conv([1,0],[0.2,1]),[1/15,1]); t=0:0.001:5; G=tf(num,den); sys=feedback(G,1); figure(1);grid; step(sys,t); 未校正前系统的阶跃响应曲线如图4-3: 图4-3 未校正系统的阶跃响应曲线 已校正系统阶跃响应曲线的MATLAB程序如下: 8 武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书 k=10; num=[k*5.905,k]; den0=conv(conv([1,0],[0.2,1]),[1/15,1]); den=conv(den0,[34.741,1]); t=0:0.001:50; G1=tf(num,den); sys=feedback(G1,1); step(sys,t);grid; 已校正系统的阶跃响应曲线如图4-4: 图4-4 已校正系统的阶跃响应曲线 由MATLAB程序可以计算出系统的时域性能指标 校正前的计算程序如下: num=10; 9 武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书 den=conv(conv([1,0],[0.2,1]),[1/15,1]); t=0:0.001:50; G=tf(num,den); sys=feedback(G,1); y=step(sys,t); r=1; while y(r)<1.00001;r=r+1;end; Tr=(r-1)*0.001 [ymax,p]=max(y); Tp=(p-1)*0.001 Mp=ymax-1 s=50000; while y(s)>0.98&y(s)<1.02;s=s-1;end; Ts=(s-1)*0.001 得到的结果: Tr=0.3260 , Tp=0.5500 , Mp=0.5950 , Ts=4.1070 校正后的计算程序如下: k=10; num=[k*5.905,k]; den0=conv(conv([1,0],[0.2,1]),[1/15,1]); den=conv(den0,[34.741,1]); t=0:0.001:50; G1=tf(num,den); sys=feedback(G1,1); y=step(sys,t); r=1; while y(r)<1.00001;r=r+1;end; Tr=(r-1)*0.001 [ymax,p]=max(y); 10 武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书 Tp=(p-1)*0.001 Mp=ymax-1 s=50000; while y(s)>0.98&y(s)<1.02;s=s-1;end; Ts=(s-1)*0.001 得到的结果: Tr=1.1480 , Tp=1.7690 , Mp=0.1071 , Ts=9.0810 5.设计小结 由上分析可知:在滞后校正中我们利用的是滞后校正网络在高频段的衰减特性，而不是其相位的滞后特性。对系统进行滞后校正后改善了系统的稳定性能。 滞后校正网络实质上是一个低通滤波器，对低频信号有较高的增益，从而减小了系统的稳态误差。同时由于滞后校正在高频段的衰减作用，使增益剪切频率移到较低的频率上，保证了系统的稳定性。 11 武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书 6. 心得体会 课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现、提出、分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程，随着科学技术发展的日新月异，自动化控制已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域，在生活中可以说是无处不在。 回顾起此次课程设计，我感慨良多，在这两个星期里，虽然有些累，但我学到了很多东西，巩固了以前所学的书本知识，更了解打了许多书本以外的知识。 通过本次设计，我了解了自动控制原理中校正系统的基本概念及其对系统设计的相关应用，通过对初步知识的了解，对校正系统各种方案的比较，进一步了解了校正系统的合理性和实用性。什么样的课程设计都离不开理论与实际相结合的真理，设计过程中的方案选择和参数设定使我进一步深刻认识到自控原理中校正环节对整个系统的重要作用。一个细小的参数设定出现偏差，可能导致最后的性能指标不和标准。所以选择一个优良的方案结于实验至关重要。。我们运用Matlab软件进行系统仿真验证，这不仅对我们设计带来了方便，也能很准确地为我们改动参数提供依据，同时也让我们对Matlab软件进行了又一步的学习，也为我们再次熟练运用Matlab打下了基础。 这次课程设计告一段落了，在设计过程中遇到了很多问题，最后在同学帮助和上网查询下都基本解决了，在此对各位给我帮助的同学和指导老师表示衷心的感谢～ 12 武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书 参考文献 [1] 胡寿松. 自动控制原理(第五版).北京:科学出版社.2007 [2] 张静. MATLAB在控制系统中的应用. 北京:电子工业出版社. 2007 [3] 张爱民. 自动控制原理. 北京:清华大学出版社. 2005 [4] 王广雄. 控制系统设计. 北京:清华大学出版社. 2005 [5] 黄坚. 自动控制原理及其应用. 北京:高等教育出版社 2004 [6] 王万良. 自动控制原理. 北京:科学出版社.2003 13 武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书 本科生课程设计成绩评定表 姓 名 性 别 专业、班级 课程设计题目: 转子绕线机控制系统的滞后校正设计 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 14