控制系統(tǒng)綜合設(shè)計

1、一、設(shè)計要求二、設(shè)計過程三、設(shè)計附錄一、設(shè)計要求過度頁設(shè)單位反饋系統(tǒng)被控對象的開環(huán)傳遞函數(shù)為：1、畫出未校正系統(tǒng)的根軌跡圖，分析系統(tǒng)是否穩(wěn)定。2、對系統(tǒng)進(jìn)行串聯(lián)校正，要求校正后的系統(tǒng)滿足指標(biāo)： （1）靜態(tài)速度誤差系數(shù)Kv=30； （2）相角穩(wěn)定裕度Pm35 , 幅值穩(wěn)定裕度Gm12； （3）超調(diào)量Mp25%，調(diào)節(jié)時間Ts7秒。3、分別畫出校正前，校正后和校正裝置的幅頻特性圖。4、給出校正裝置的傳遞函數(shù)。5、分別畫出系統(tǒng)校正前、后的開環(huán)系統(tǒng)的奈奎斯特圖，并進(jìn)行分析。6、在SIMULINK中建立系統(tǒng)的仿真模型，在前向通道中分別接入飽和非線 性環(huán)節(jié)和回環(huán)非線性環(huán)節(jié)，觀察分析非線性環(huán)節(jié)對系統(tǒng)性能的影響

2、。) 1s2 . 0)(1s 1 . 0( s1) s (G0二、設(shè)計過程過度頁1、待校正系統(tǒng)的根軌跡及穩(wěn)定性分析 由根軌跡圖可以看出：當(dāng)增益K滿足0K15時系統(tǒng)變得不穩(wěn)定) 1s2 . 0)(1s 1 . 0( s1) s (G01、待校正系統(tǒng)的根軌跡及穩(wěn)定性分析 由Go（s）得系統(tǒng)閉環(huán)特征方程當(dāng)然也可以通過勞斯判據(jù)來判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性) 1s2 . 0)(1s 1 . 0( s1) s (G02、系統(tǒng)的串聯(lián)校正 要求：（1）靜態(tài)速度誤差系數(shù)Kv=30； （2）相角穩(wěn)定裕度Pm35 , 幅值穩(wěn)定裕度Gm12； （3）超調(diào)量Mp25%，調(diào)節(jié)時間Ts35 , 幅值穩(wěn)定裕度Gm12； （3）超調(diào)量M

3、p25%，調(diào)節(jié)時間Ts7秒。) 1s2 . 0)(1s 1 . 0( s1) s (G0Step2，確定系統(tǒng)的相角穩(wěn)定裕度： 由 Mp=0.16+0.4(Mr-1), (1=Mr=1.8) Mr=1/|sinPm| Mp35 得相角裕度滿足 54.72Pm35 , 幅值穩(wěn)定裕度Gm12； （3）超調(diào)量Mp25%，調(diào)節(jié)時間Ts7秒。) 1s2 . 0)(1s 1 . 0( s1) s (G0Step3，確定系統(tǒng)的截止頻率： 由 Mr1.225（Step2求出） Ts1.1rad/s故我們?nèi)c=1.2rad/s 2、系統(tǒng)的串聯(lián)校正 要求：（1）靜態(tài)速度誤差系數(shù)Kv=30； （2）相角穩(wěn)定裕度Pm

4、35 , 幅值穩(wěn)定裕度Gm12； （3）超調(diào)量Mp25%，調(diào)節(jié)時間Ts35 , 幅值穩(wěn)定裕度Gm12； （3）超調(diào)量Mp25%，調(diào)節(jié)時間Ts1.1rad/s,在待校正系統(tǒng)的對數(shù)幅頻特性曲線查得當(dāng)Wc=1.75rad/s時，L(Wc)=24，再由式20lgb+L(Wc)=0和1/bT=0.1Wc得b=0.063,T=90.得滯后網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為：要求：（1）靜態(tài)速度誤差系數(shù)Kv=30； （2）相角穩(wěn)定裕度Pm35 , 幅值穩(wěn)定裕度Gm12； （3）超調(diào)量Mp25%，調(diào)節(jié)時間Ts35 , 幅值穩(wěn)定裕度Gm12； （3）超調(diào)量Mp25%，調(diào)節(jié)時間Ts35 , 幅值穩(wěn)定裕度Gm12； （3）超調(diào)量Mp

5、25%，調(diào)節(jié)時間Ts1.1rad/s相角裕度= 55.8deg55deg幅值裕度h=17.9dB12要求：（1）靜態(tài)速度誤差系數(shù)Kv=30； （2）相角穩(wěn)定裕度Pm35 , 幅值穩(wěn)定裕度Gm12； （3）超調(diào)量Mp25%，調(diào)節(jié)時間Ts7秒。3、校正前、校正后和校正裝置的幅頻特性圖4、給出校正裝置的傳遞函數(shù)5、系統(tǒng)校正前、后的開環(huán)系統(tǒng)的奈奎斯特圖) 1s2 . 0)(1s 1 . 0( s1) s (G0 由傳函知：P=0,由圖可知曲線包圍（-1，j0）,由奈氏判據(jù)得Z=P-2N=2,故閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。校正前5、系統(tǒng)校正前、后的開環(huán)系統(tǒng)的奈奎斯特圖 由傳函知：P=0,由圖可知曲線不包圍（-1，j

6、0）,由奈氏判據(jù)得Z=P-2N=0,故閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定。校正后6、Simulink仿真 1.加入飽和非線性環(huán)節(jié)：飽和特性將使系統(tǒng)在大信號作用之下的等效增益降低，一般地講，等效增益降低，會使系統(tǒng)超調(diào)量下降，振蕩性減弱，穩(wěn)態(tài)誤差增大。處于深度飽和的控制器對誤差信號的變化失去反應(yīng)，從而使系統(tǒng)喪失閉環(huán)控制作用。紫色為校正加入飽和非線性環(huán)節(jié)前，黃色為加入飽和非線性環(huán)節(jié)后6、Simulink仿真 2.回環(huán)特性對系統(tǒng)性能的影響：一是增大了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，降低了控制精度，這相當(dāng)于死區(qū)的影響；二是因為回環(huán)特性使系統(tǒng)頻率響應(yīng)的相角遲后增大，從而使系統(tǒng)過渡過程的振蕩加劇，甚至使系統(tǒng)變?yōu)椴环€(wěn)定。加入回環(huán)非線性環(huán)節(jié)后系統(tǒng)振

7、蕩加劇，使系統(tǒng)出現(xiàn)不穩(wěn)定。紫色為校正加入回環(huán)非線性環(huán)節(jié)前，黃色為加入回環(huán)非線性環(huán)節(jié)后三、設(shè)計附錄過度頁Matlab程序%*根軌跡*num=1;den=0.02 0.3 1 0;G=tf(num,den);t=0:0.1:10;rlocus(G);grid on%*待校正系統(tǒng)的對數(shù)幅頻特性曲線*num=30;den=0.02 0.3 1 0;Go=tf(num,den);t=0:0.1:10;margin(Go);grid on%*相角曲線*x=0:0.01:10;y=(pi/2-atan(0.1*x)-atan(0.2*x)*(180/pi);plot(x,y);axis(0 5 0 61);

8、grid onMatlab程序%*校正后系統(tǒng)的對數(shù)幅頻特性曲線*num=30;den=0.02 0.3 1 0;num1=5.4 1;den1=90 1;Go=tf(num,den);Gc=tf(num1,den1);G=tf(Go*Gc);t=0:0.1:10;margin(G);grid on%*校正前、校正后和校正裝置的幅頻特性*num=30;den=0.02 0.3 1 0;num1=5.4 1;den1=90 1;Go=tf(num,den);Gc=tf(num1,den1);G=tf(Go*Gc);t=0:0.1:10;margin(Go);hold onmargin(Gc);hold onmargin(G);grid onMatlab程序%*校正前、后的開環(huán)系統(tǒng)的奈奎斯特圖*num=30;den=0.02 0.3 1 0;num1=5.4 1;den1=90 1;Go=tf(num,den);Gc=tf(num1,d