直流電機(jī)速度控制系統(tǒng)校正裝置設(shè)計.doc

1、。自動控制原理課程設(shè)計題目 直流電機(jī)速度控制系統(tǒng)校正裝置設(shè)計專業(yè)電氣工程及其自動化姓名班級學(xué)號指導(dǎo)教師職稱副教授鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院精選資料，歡迎下載。一、 設(shè)計題目某直流電機(jī)速度控制系統(tǒng)校正裝置設(shè)計設(shè)單位反饋的某直流電機(jī)速度控制系統(tǒng)看，其開環(huán)傳遞函數(shù)為： 錯誤！未找到引用源。，要求系統(tǒng)滿足性能指標(biāo)：靜態(tài)速度誤差常數(shù)K v 4，相位裕度0，超調(diào)量 M 錯誤！未找到引用源。 30，用50頻率法校正裝置。二、設(shè)計目的通過課程設(shè)計，在掌握自動控制理論基本原理，一般電學(xué)系統(tǒng)自動控制方法的基礎(chǔ)上，用MATLAB實現(xiàn)系統(tǒng)的仿真與調(diào)試。三、設(shè)計要求收集和查閱有關(guān)技術(shù)資料，獨立完成所承擔(dān)的設(shè)計課題的全部內(nèi)容，

2、初步掌握設(shè)計原則、設(shè)計方法、設(shè)計步驟和設(shè)計規(guī)范的應(yīng)用；對工程設(shè)計方案進(jìn)行選擇和分析；繪制設(shè)計圖；撰寫說明書。具體要求如下：1、根據(jù)所學(xué)控制理論知識（頻率法、根軌跡法等）進(jìn)行人工設(shè)計校正裝置，初步設(shè)計出校正裝置傳遞函數(shù)形式及參數(shù)；2、在 MATLAB下，用 simulink進(jìn)行動態(tài)仿真，在計算機(jī)上對人工設(shè)計系統(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）；精選資料，歡迎下載。4、完成設(shè)計報告。本課程設(shè)計以設(shè)計報告的形式提交，要求論點清楚，論據(jù)充分，結(jié)構(gòu)合理；分析問題有層次。包括設(shè)計思想，設(shè)計過程，圖（曲線），總結(jié)和數(shù)字仿真。四、設(shè)計過程應(yīng)用頻率法校正步驟 ：1、根

3、據(jù)所要求的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)，確定系統(tǒng)滿足穩(wěn)態(tài)性能要求的開環(huán)增益K。0.08K由題目所給開環(huán)傳遞函數(shù)Gk (S) 可知這是一個典型的二階系統(tǒng)， 要求系 S(S 0.5)統(tǒng)滿足性能指標(biāo)靜態(tài)誤差系數(shù)KV4 ，因此取 KV=4。VlimS( )0.08K=4由公式 K=GkS =lim SS( Ss 0s00.5)可得 K=25，G(S)=24.kS(S0.5)S(2S1)則有：L()20 lg 420lg20 lg 22arctan 22、繪制滿足由步驟一確定的K 值下系統(tǒng) Bode 圖，并求出系統(tǒng)的相角裕量。0由步驟二所得的對數(shù)幅值函數(shù) L( )20 lg 4 20 lg20 lg 2 ，以 及 相角

4、 函數(shù)arctan 2，轉(zhuǎn)折頻率0.5 rad / s ，可畫出未校正系統(tǒng)的Bode 圖，其漸2進(jìn)線如下圖：取點：L( )6.02dB;0.5, L()18.06dB;0.1, L()32精選資料，歡迎下載。使得 L0 可計算出未校正系統(tǒng)的開環(huán)剪切頻率=2 rad / s=1.414 rad / s 。則c對應(yīng)的相角arctan2000，c2c9070160可得相角裕度00180c2000050 ，這說明系統(tǒng)的相角裕量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于要求值，系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)會有嚴(yán)重的振蕩，為達(dá)到所要求的性能指標(biāo)，此設(shè)計應(yīng)采用串聯(lián)超前校正。3、確定為使相角裕量達(dá)到要求值，所需增加的超前相角，即cc0精選資料，歡迎下載。式

5、中，為要求的相角裕量；是因為考慮到校正裝置影響剪切頻率的位置而附加的相角裕量：當(dāng)未校正系統(tǒng)中頻段的斜率為-40dB / dec 時，取=50 150；當(dāng)未校正系統(tǒng)中頻段斜率為-60dB / dec時，取00。ode可知，此系統(tǒng)的中頻5 20。由未校正系統(tǒng) B段斜率為 -40 dB/ dec，因此取10 0。由題目要求500，我們可取500。可得0500-20 0+100=400 。c4、令超前校正網(wǎng)絡(luò)的最大超前相角mc，可由下式求出校正裝置的參數(shù)：1sinm1sinm1sin 400將mc=400 代入上式可得00.22。1sin 40ode圖上確定未校正系統(tǒng)幅值為20lg時的頻率 m 。5、

6、在 B20 lg=20lg0.226.58dBL( m)20 lg 420lgm 20 lg 2m =6.58dB求得：m 2.06 rad/ s ，該頻率作為校正后系統(tǒng)的開環(huán)剪切頻率c ，即m =c 。6、由步驟五求得的m 確定校正裝置的轉(zhuǎn)折頻率 ：1=0.97 rad / s 1 rad / s1m1m=4.4rad / s 4 rad / s2至此可得超前校正裝置的傳遞函數(shù)為：Gc SS10.22S1S10.25S 111為補(bǔ)償超前校正網(wǎng)絡(luò)造成的幅值衰減，需附加一個放大器K c0.22，校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)：G SG0 S GcS KC=S2S4 S11 0.25S 1校正后系統(tǒng)的近

7、似對數(shù)幅值函數(shù)為L20lg 4 20lg 220lg4精選資料，歡迎下載。校正后系統(tǒng)的近似相角函數(shù)為2arctan2arctan4校正后系統(tǒng)的轉(zhuǎn)折頻率為0.5rad / s,1rad / s,4rad / s3做出校正后的 Bode圖，其漸近線如下：7，檢驗系統(tǒng)的性能指標(biāo)是否滿足要求 。將步驟五求得的校正后的剪切頻率c =2.06 rad / s 帶入校正后系統(tǒng)的相角函數(shù)carctan 2c arctanc -129.7 024因此校正后系統(tǒng)的相角裕度為：精選資料，歡迎下載。0=1800 -129.7 0=50.3 0 500180c可知校正后系統(tǒng)相角裕量滿足條件。校正后的速度穩(wěn)態(tài)誤差系數(shù)：K

8、 vlim SG Slim S4( S1)=4 41)(0.25S 1)s 0s 0 S(2S因此校正后系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差系數(shù)也滿足要求。校正后系統(tǒng)的諧振峰值：M r111.3sin0sin50.3由此可得此系統(tǒng)的超調(diào)量：M p 0.16 0.4(M r 1)=0.28=28 30校正后的開環(huán)傳遞函數(shù)的相角裕量，速度穩(wěn)態(tài)誤差系數(shù)，超調(diào)量均符合題目要求。8、下面用 MATLAB對系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)仿真。（ 1）、校正前系統(tǒng)的 Bode 圖： num=4; f1=1,0; f2=2,1; den=conv(f1,f2); bode(num,den)精選資料，歡迎下載。校正前的 Nyquist 曲線如下 ：n

9、um4;denconv(1,0, 2,1);nyquist( num,den)精選資料，歡迎下載。（ 2) 校正后系統(tǒng) Bode 圖： num=4*1,1; f1=1,0; f2=2,1; f3=0.25,1; den=conv(f1,conv(f2,f3); bode(num,den)精選資料，歡迎下載。校正后系統(tǒng)的 Nyquist 曲線如下 ：num41,1;denconv(1,0, conv( 2,1, 0.25,1);nyquist( num,den)校正前系統(tǒng)輸入單位階躍后的仿真圖：精選資料，歡迎下載。 numg=4; deng=conv(1,0,2,1); num1,den1=cl

10、oop(numg,deng); t=0:0.1:20; c1,x1,t=step(num1,den1,t); plot(t,c1,-);grid校正后輸入階躍響應(yīng)的仿真圖： numc=4*1,1; denc=conv(1,0,conv(2,1,0.25,1); num2,den2=cloop(numc,denc); t=0:0.1:20; c2,x2,t=step(num2,den2,t); plot(t,c2,-);精選資料，歡迎下載。注：由上面兩張仿真圖可以看出，校正后的系統(tǒng)與校正前有著明顯的差異，校正后系統(tǒng)的調(diào)整時間大大縮短，超調(diào)量也明顯減小，并且系統(tǒng)能迅速穩(wěn)定下來。9、確定校正裝置的電

11、路形式及電路參數(shù)由常用校正網(wǎng)絡(luò)及特性可知本次校正裝置采用的電路圖如下：此圖的傳遞函數(shù)及參數(shù)確定公式如下：G S KT1S 1,KR3, T1 R2C,R1R3 R2CT2S 1R1 R2 R3T2R2 R3R1精選資料，歡迎下載。上面求的校正裝置的傳遞函數(shù)為：Gc SS10.22S 1代入上述公式：S10.25S 1R30.22C1 FR1 R2R3取 C=1F ，R10.04R2C1R21R1R3R20.25R30.29R1R2R3最終的電路圖如下 :自動控制課程設(shè)計體會 ：通過本次自動控制理論實踐課程的設(shè)計， 使我鞏固了原有的理論知識， 培養(yǎng)了我應(yīng)用所學(xué)知識和技能分析，解決實際問題的能力。使理論和實際相結(jié)合，更加深入我對自動控制這門課程的解釋和掌握，尤其是對 Bode 圖頻