燃?xì)庹{(diào)節(jié)控制系統(tǒng)綜述

1、自動(dòng)控制原理課程設(shè)計(jì)題目燃?xì)庹{(diào)節(jié)控制系統(tǒng)校正裝置設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化姓名班級(jí)1106073 學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師 職 稱(chēng) 教授鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院2014年12月燃?xì)庹{(diào)節(jié)控制系統(tǒng)校正裝置設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)目的通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，在進(jìn)一步熟練地掌握自動(dòng)控制理論 基本原理，一般電學(xué)系統(tǒng)自動(dòng)控制方法的基礎(chǔ)上，學(xué)會(huì)用 MATLAB軟件進(jìn)行系統(tǒng)的仿真與調(diào)試。二、設(shè)計(jì)要求收集和查閱有關(guān)技術(shù)資料，獨(dú)立完成所承擔(dān)的設(shè)計(jì)課題 的全部?jī)?nèi)容，初步掌握設(shè)計(jì)原則、設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)步驟和設(shè) 計(jì)規(guī)范的應(yīng)用；對(duì)工程設(shè)計(jì)方案進(jìn)行選擇和分析；繪制設(shè)計(jì) 圖；撰寫(xiě)說(shuō)明書(shū)。具體要求如下：1、根據(jù)所學(xué)控制理論知識(shí)（頻率法、根軌跡法等）進(jìn)

2、 行人工設(shè)計(jì)校正裝置，初步設(shè)計(jì)出校正裝置傳遞函數(shù)形式及 參數(shù)；2、在 MATLAB 下，用simulink進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，在計(jì) 算機(jī)上對(duì)人工設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真調(diào)試，使其滿足技術(shù)要求；3、 確定校正裝置的電路形式及電路參數(shù)（選作）；4、完成設(shè)計(jì)報(bào)告。三、設(shè)計(jì)內(nèi)容已知為單位反饋控制系統(tǒng)的燃?xì)庹{(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，其開(kāi)環(huán) 傳遞函數(shù)為Gk s1,用根軌跡法設(shè)計(jì)超前校正s（s+5 Js+15 ）Mp% 乞 30%,裝置，使系統(tǒng)滿足最大超調(diào)量調(diào)整時(shí)間ts 乞 0.5so四，設(shè)計(jì)思路首先根據(jù)題目中的超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間來(lái)計(jì)算和n的范圍，再由開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)畫(huà)出原根軌跡，根據(jù)原根軌跡進(jìn)行修正，在系統(tǒng)的前向通道中串入超前校 正裝置

3、，在傳遞函數(shù)中加入新的零、極點(diǎn)，同時(shí)計(jì)算出新的系統(tǒng)的增益，通過(guò)一 步步地計(jì)算、仿真和調(diào)試，得到最終符合題目要求的串聯(lián)超前校正裝置。五、設(shè)計(jì)過(guò)程校正方法根據(jù)系統(tǒng)的情況，采取超前校正，根軌跡法設(shè)計(jì)超前校正的步驟如下:（1）根據(jù)要求的性能指標(biāo)，確定希望主導(dǎo)極點(diǎn)的位置；（2）繪制未校正系統(tǒng)的根軌跡，如果期望的主導(dǎo)極點(diǎn) Sd在未校正系統(tǒng)根軌 跡的左方，進(jìn)行超前校正設(shè)計(jì)；（3）根據(jù)期望的閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)Sd來(lái)計(jì)算所需要的超前角；（4）根據(jù)算的的超前角來(lái)選擇校正裝置傳遞函數(shù)的極點(diǎn)Pc、零點(diǎn)Zc以及 增益k ；（5）畫(huà)出校正后系統(tǒng)的根軌跡圖，檢驗(yàn)閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)及其他閉環(huán)性能要求 是否符合要求。若不滿足，則適當(dāng)調(diào)整零

4、、極點(diǎn)的位置1、確定希望主導(dǎo)極點(diǎn)的位置;校正計(jì)算:由公式:-二M P%=e2 乞 30%，得-0.36,ts 二-5% 蘭 0.5s 又：n，得 n 16.67,由已知的，得1s3 20s2 75s 1閉環(huán)特征方程為：s 27空1 _ 0，解得 S仁-15.0067, S2=-4.9800, S3=-0.0134,所以，取 =0.5,人=20,可以得到期望極點(diǎn)位置；由阻尼系數(shù)三角形可以 計(jì)算出：60P!,2 n-1 - 2，然后，可以計(jì)算出主導(dǎo)極點(diǎn)坐標(biāo)的實(shí)部為故主導(dǎo)極點(diǎn)的坐標(biāo)位置為（-10, _j10；3）,q,2八10 j10廠一 3122、根據(jù)題目中的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)，分別用手工繪制和MATL

5、AB軟件畫(huà)初始根 軌跡及階躍響應(yīng)曲線；Gk s s s 5 s 15 S320s275s手工繪制根軌跡如下:Matlab根軌跡程序框圖如下:得到的根軌跡框圖如下:MFigure 1FileEdit ViewInsert ToolsDesktop WindowHelpD G淨(jìng)劇魯| |QB ERoot Lacus30rrr20Ajb 匚 _mroE-20_1O o 31_-MReal Axis.MATLAB階躍響應(yīng)程序框圖如下:3、計(jì)算超前校正裝置滿足的超前的相角條件：由此看到原系統(tǒng)根軌跡需要加以修正， 可在系統(tǒng)的前向通道中串入超前校正 裝置。校正裝置的確定，應(yīng)使串入超前校正裝置后的根軌跡通過(guò)希

6、望的閉環(huán)主導(dǎo) 極點(diǎn)，也就是必須滿足相角條件Gc(Sd)Go(Sd) - GJSd)G(Sd) =(2k 1)二校正裝置產(chǎn)生的超前相角= Gc(sd) =(2k 0二-.Go(Sd)用下列圖形來(lái)表示超前校正裝置零、極點(diǎn)應(yīng)提供的超前相角。如下圖 2所示應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于給定的值，校正裝置的零、極點(diǎn)位置不是唯一的，在此常采用使系數(shù):為最大可能值得方法確定零、極點(diǎn)位置。則由上圖可知Zcsi ns i n 二(-)si n ( Jsi n(c)玉si n s i- )_Pc si n( )si n ( )=0由此確定了超前校正裝置的零、極點(diǎn)位置。而開(kāi)環(huán)增益可通過(guò)根軌跡幅值 條件來(lái)確定本題中，原系統(tǒng)在希望主導(dǎo)

7、極點(diǎn)上的相角為Go（sd）_ s（s 5）（s 15）|s-sd = -215，因此，為使根軌跡通過(guò)希望的閉環(huán)極點(diǎn)，超前校正裝置應(yīng)在該點(diǎn)（Sd點(diǎn)）上產(chǎn)生的c =35 的相角。arctan3 二 60，所以有吋 J c 產(chǎn)42.5：2Zc 二-4.5Pc - 34故校正裝置的傳遞函數(shù)為Gc s = S 4. 5s 34。14、由幅值條件確定校正后系統(tǒng)增益為補(bǔ)償超前校正裝置的幅值衰減，再串入一個(gè)放大倍數(shù)為Kc的補(bǔ)償放大s 4.5K器。校正后系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為:Gc（s）Go（s）K _s（s + 5 ）（s+1 qs+3）4由幅值條件求取K值:s 4.5Ks s 5 s15s 34得：K=280

8、7。5、繪制校正后的根軌跡及階躍響應(yīng)曲線;Matlab根軌跡程序框圖如下：Figure 1得到的根軌跡框圖如下:Ale Edit Vie*/ Insert Tools Desktop Window Helps-xv Ajeu-ran E-Root LocusReal AxisMATLAB階躍響應(yīng)程序框圖如下:得到的階躍響應(yīng)曲線如下:den 44800. &4500.0188Ts 二0.4140得,MpT 88%30%0.414 0.5 心s, 符合題意即所設(shè)計(jì)的校正裝置滿足要求。六、設(shè)計(jì)總結(jié)通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，對(duì)我收獲頗大，不僅自學(xué)了 MATLAB件，學(xué)會(huì)了畫(huà)根 軌跡和一些簡(jiǎn)單仿真，還讓我懂得理論聯(lián)系實(shí)際的必要性和實(shí)用性。 的確，我們 在平時(shí)學(xué)習(xí)中缺少自主動(dòng)手練習(xí)，只懂得理論，缺乏實(shí)用性思維，不會(huì)把所學(xué)的 知識(shí)用到平時(shí)生活中去；同時(shí)也讓我明白了如何綜合各方面因素， 去設(shè)計(jì)一個(gè)可 行性比較高的系統(tǒng)。自動(dòng)控制原理在我們身邊可以說(shuō)隨處可見(jiàn)，用途極廣，通過(guò) 這次課程設(shè)計(jì)，使我大概知道各種控制系統(tǒng)的工作過(guò)