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1、真誠(chéng)為您提供優(yōu)質(zhì)參考資料,若有不當(dāng)之處,請(qǐng)指正。物理與電子工程學(xué)院 自動(dòng)控制原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告書 設(shè)計(jì)題目 電動(dòng)車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專 業(yè): 自動(dòng)化 班 級(jí): 2012級(jí)自動(dòng)化二班 學(xué)生姓名: 金世傳 學(xué) 號(hào): 2012341232 指導(dǎo)教師: 樊炳航 2015年 6月 22日- 12 - / 17物理與電子工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書專業(yè): 自動(dòng)化 班級(jí): 2012自動(dòng)化本科2班 學(xué)生姓名金世傳學(xué)號(hào)2012341232課程名稱現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)設(shè)計(jì)題目電動(dòng)車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)目的、主要內(nèi)容(參數(shù)、方法)及要求電動(dòng)車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求:1、 查資料,建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型2、 寫出給定任意參數(shù),分析頻域性能和時(shí)域性
2、能3、 設(shè)定更好的性能指標(biāo),并利用根軌跡或者頻域校正實(shí)現(xiàn),也可以利用狀態(tài)反饋實(shí)現(xiàn)。4、 利用matlab畫出相應(yīng)的時(shí)域、頻域圖,比較校正前后的效果5、 利用自動(dòng)控制原理知識(shí)分析所得到的系統(tǒng)信息工作量14天時(shí)間,每天2學(xué)時(shí),共計(jì)28學(xué)時(shí)進(jìn)度安排(1) 前20個(gè)學(xué)時(shí)建立模型、頻域、時(shí)域分析(2) 后8個(gè)學(xué)時(shí)畫伯德圖matlab仿真及其寫報(bào)告主要參考資料1 單長(zhǎng)吉,李林 simulink在r-l-c電路中的分析應(yīng)用j.昭通師范高等??茖W(xué)校學(xué)報(bào). 2 張曉華.系統(tǒng)建模與仿真m. 清華大學(xué)出版社. 2006-12-01 3王國(guó)志 . 王紅艷 . simulink
3、在電力電子系統(tǒng)中的應(yīng)用j.許昌學(xué)院學(xué)報(bào).20094張翔.趙韓.錢立軍.advicor軟件的混合仿真方法j.計(jì)算機(jī)仿真2005,(2)12-15指導(dǎo)教師簽字教研室主任簽字摘 要本設(shè)計(jì)依據(jù)經(jīng)典自動(dòng)控制原理,首先在理論上從時(shí)域和頻域兩個(gè)方面分析了火星漫游車轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性,并借助仿真軟件matlab(矩陣實(shí)驗(yàn)室)繪制了其頻域特性圖像。最后使用校正原理中串聯(lián)超前校正法和三頻段概念對(duì)該系統(tǒng)在頻域上進(jìn)行了串聯(lián)超前校正,使其達(dá)到一定的穩(wěn)定要求。在分析的過程及校正的過程中大量使用了仿真軟件matlab(矩陣實(shí)驗(yàn)室),其繪制出來的曲線精準(zhǔn)、清晰,保證了結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性。關(guān)鍵詞:電動(dòng)車控制;自動(dòng)控制原理;
4、matlab目 錄0 引言- 1 -1 概述- 1 -2 數(shù)學(xué)模型- 2 -3系統(tǒng)穩(wěn)定性分析- 4 -3.1時(shí)域分析法- 4 -3.2根軌跡分析法- 6 -3.3頻域分析法- 7 -4 心得體會(huì)- 8 -參考文獻(xiàn)- 8 -附錄- 9 -0 引言隨著時(shí)代的變遷,電動(dòng)車已成為未來交通工具的主力軍。電動(dòng)車環(huán)保節(jié)能,制造工藝簡(jiǎn)單,可以大批量生產(chǎn),使用方便,不僅如此,還可以回收利用,是新時(shí)代發(fā)展前進(jìn)的科技產(chǎn)物,未來有很大的發(fā)展空間。1 概述本設(shè)計(jì)的主要目的是研究電動(dòng)車控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析。如圖1-1(a),是近年來使用廣泛的電動(dòng)車,該電動(dòng)車以電池為儲(chǔ)能元件,后輪和前輪是由電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能,提供行駛
5、的動(dòng)力。配合車檔位的油門裝置實(shí)現(xiàn)調(diào)速功能。其原理圖如圖1-1(b)圖1-1(a)動(dòng)力拖動(dòng)系統(tǒng)和控制器電動(dòng)機(jī)檔位圖1-1(b)2 數(shù)學(xué)模型2.1 整流裝置數(shù)學(xué)模型經(jīng)過查閱相關(guān)資料,整流裝置采用由mosfet、igbt或gto等全控型電力電子器件構(gòu)成的橋式電路,可近似看作為一階慣性環(huán)節(jié),則整流裝置的數(shù)學(xué)模型為: 式(2-1-1)式中,為電力電子器件的放大倍數(shù),為橋式整流電路的失控時(shí)間2.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)在額定勵(lì)磁下的等效電路如圖2-2-1所示,假定動(dòng)態(tài)主電路電流連續(xù),動(dòng)態(tài)電壓方程如式(2-2-1)。 式(2-2-1)忽略粘性摩擦,則電動(dòng)機(jī)軸上的動(dòng)力學(xué)方程如式(2-2-2)
6、。 式(2-2-2)其中,是包含電機(jī)空載轉(zhuǎn)矩在內(nèi)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩,是電力拖動(dòng)裝置折算到電動(dòng)機(jī)上的飛輪慣量。額定勵(lì)磁下的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩分別如式(2-2-3)和(2-2-4)所示。 式(2-2-3) 式(2-2-4)其中,是電動(dòng)機(jī)額定勵(lì)磁下的轉(zhuǎn)矩系數(shù)為方便計(jì)算,我們定義下列時(shí)間常數(shù):表示電樞回路電磁時(shí)間常數(shù), 式(2-2-5)表示電力拖動(dòng)系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù), 式(2-2-6)將式(2-2-3)、式(2-2-4)、式(2-2-5)和式(2-2-6)代入式(2-2-1)和式(2-2-2)中,整理可得: 式(2-2-7) 式(2-2-8)式中為負(fù)載電流,在零初始條件下,對(duì)式(2-2-7)和式(2-2-8)
7、進(jìn)行拉普拉斯變換,最后便可得到下列式(2-2-9)和式(2-2-10)。 式(2-2-9) 式(2-2-10)將式(2-2-9)和式(2-2-10)繪制成結(jié)構(gòu)框圖得 圖2-2-1 電動(dòng)機(jī)模型忽略電動(dòng)機(jī)的負(fù)載擾動(dòng),也即忽略,則電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型如下: 式(2-2-11)為了方便計(jì)算,暫且人為設(shè)定電動(dòng)機(jī)的各參數(shù):,再2.1章節(jié)結(jié)合本章節(jié)內(nèi)容便可得到圖1-1-2所示的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖,如圖(2-2-2)所示 圖2-2-2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖3系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 3.1時(shí)域分析法忽略轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)控制器asr,則可以得到圖2-2-2所示系統(tǒng)在單位負(fù)反饋下的閉環(huán)傳遞函數(shù)如式(3-1-1)所示: 式(3-1-1)使
8、用matlab繪制的單位階躍響應(yīng)如圖3-1-1所示,(程序見附錄1)圖3-1-1 單位階躍響應(yīng)由閉環(huán)傳遞函數(shù)可知,該系統(tǒng)是一個(gè)高階系統(tǒng),其閉環(huán)極點(diǎn)和零點(diǎn)在左半s開平面上雖有各種分布模式,但距虛軸的距離各有不同,距虛軸最近的極點(diǎn)周圍沒有閉環(huán)零點(diǎn),其他的極點(diǎn)又遠(yuǎn)離虛軸,則這個(gè)極點(diǎn)歲時(shí)間的推移衰減速度緩慢,在系統(tǒng)的響應(yīng)過程中起到主導(dǎo)作用,這樣的閉環(huán)極點(diǎn)稱作閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)。對(duì)與高階系統(tǒng),其動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的確定比較復(fù)雜,工程上常采用閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)的概念對(duì)高階系統(tǒng)進(jìn)行近似分析。根據(jù)式(3-1-1)求得極點(diǎn)為: (-3,0), (-0.5,-1.5)(-0.5,1.5 )使用matlab繪制的零極點(diǎn)分布圖如圖3-
9、1-2:(程序見附錄2) 圖3-1-2 系統(tǒng)零極點(diǎn)分布圖在圖3-1-2中,可以明顯的看出,和這對(duì)共軛復(fù)根最靠近虛軸,并且這個(gè)極點(diǎn)遠(yuǎn)離、,則可以認(rèn)為和這對(duì)極點(diǎn)為主導(dǎo)極點(diǎn)。根據(jù)主導(dǎo)極點(diǎn)的概念,可以用主導(dǎo)極點(diǎn)構(gòu)成的二階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)進(jìn)行對(duì)三階系統(tǒng)的評(píng)動(dòng)態(tài)性能估。、組成二階系統(tǒng)為: 式(3-1-2)3.2根軌跡分析法1、根軌跡的起點(diǎn)和終點(diǎn)由圖2-2-2可得到系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)如式(3-2-1)所示,根軌跡的起點(diǎn)為(-10,0)、( -0.5,0.553)、(-0.5,-0.553),終點(diǎn)為無窮遠(yuǎn)處。 式(3-2-1)2、根軌跡的分支數(shù)、對(duì)稱性、連續(xù)性分支數(shù)為3,關(guān)于x軸對(duì)稱。3、根軌跡的漸近線 式
10、(3-2-2)由式(3-2-2)解得與實(shí)軸的交角,k=0、1、2時(shí):/3、5/3。 式(3-2-3)由式(3-2-1)開環(huán)系統(tǒng)傳遞函數(shù)可得,=-4,=0,則根據(jù)式(3-2-3)可以求得=-1.33,則漸近線和實(shí)軸交點(diǎn)為(-1.33,0)。4、根軌跡在實(shí)軸上的分布根軌跡的分布區(qū)間為:-1,-0.38、- -2.63。5、根軌跡的分離點(diǎn)與分離角由公式可解得分離點(diǎn):d=-0.667。6、與虛軸的交點(diǎn)令s=,代入式(3-2-1),同時(shí)使實(shí)部為0,可以解得和虛軸的交點(diǎn)為(0,2)和(0,-2)。使用matlab繪制的根軌跡圖如圖(3-1)。(程序見附錄3)圖 3-2-1 系統(tǒng)的根軌跡根據(jù)根軌跡圖, k在
11、0 0.0926區(qū)間內(nèi),有相同的實(shí)根,處于過阻尼狀態(tài),系統(tǒng)無超調(diào),k在0 7.8對(duì)應(yīng)的存在兩個(gè)具有負(fù)實(shí)部的共軛復(fù)根和一個(gè)正虛根,階躍響應(yīng)為衰減震蕩過程,當(dāng)k在7.8 時(shí),存在正實(shí)根,則階躍響應(yīng)為發(fā)散不收斂的。由圖 3-2-1所示的根軌跡圖,結(jié)合主導(dǎo)極點(diǎn)的概念,左側(cè)實(shí)軸上的根軌跡忽略不計(jì),從而用二階系統(tǒng)近似三階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能,則當(dāng)取某一k值時(shí),將對(duì)應(yīng)有一對(duì)共軛復(fù)根,它們構(gòu)成一個(gè)二階系統(tǒng),則可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的分析,求得相應(yīng)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)。3.3 頻域分析法控制系統(tǒng)中的信號(hào)可以表示成不同頻率正弦信號(hào)的合成,系統(tǒng)的頻率特性反映了正弦信號(hào)作用下系統(tǒng)響應(yīng)的性能,應(yīng)用頻率特性研究線性系統(tǒng)的經(jīng)典方法稱為頻域分析法。利
12、用matlab繪制系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性,如圖3-3-1所示。(程序見附錄4。)圖3-3-1 開環(huán)頻率特性由圖3-3-1可知,在幅頻曲線大于零時(shí),相頻曲線未穿越-180°線,則n=0,的開環(huán)正實(shí)部極點(diǎn)個(gè)數(shù)p=0,則有閉環(huán)正實(shí)部極點(diǎn)個(gè)數(shù)z=p+2n=0,系統(tǒng)穩(wěn)定,其中相角裕度為85.6°,幅值裕度為17.5db4、心得體會(huì)通過此次的系統(tǒng)控制設(shè)計(jì),使我的理論知識(shí)有所鞏固,以實(shí)踐加深對(duì)理論的運(yùn)用,是學(xué)好系統(tǒng)控制的好方法。沒有與工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)結(jié)合的技術(shù)是不成熟的技術(shù),唯有與工業(yè)接軌,不斷的更新自己的理念,做到更好。參考文獻(xiàn)1胡壽松.自動(dòng)控制原理(第五版)m .北京:科學(xué)出版社.
13、2007.2張德豐. matlab控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真m .北京:電子工業(yè)出版社.20103王暄,曹輝,馬永華 . 電機(jī)拖動(dòng)及其控制技術(shù)m中國(guó)電力出版社 2010-7-1附錄附錄1>> num=2;>> den=1 4 4 1;>> g=tf(num,den)>> g=feedback(g,1)>> t=0:0.01:15;>> step(g,t)附錄2num=2;>> den=1 4 4 3;>> g=tf(num,den)>> zplane(num,den)>>
14、zpk(g)附錄3 >> num=2;>> den=1 4 4 1;>> rlocus(num,den)附錄4>> num=2;>> den=1 4 4 1;>>kaig=tf(num,den);>> margin(kaig)課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表院系: 物理與電子工程學(xué)院 班級(jí): 自動(dòng)化2班 姓名: 金世傳 學(xué)號(hào): 2012341232 項(xiàng)目分值優(yōu)秀(x90%)良好(90%>x80%)中等(80%>x70%)及格(70%>x60%)不及格(x<60%)評(píng)分參考標(biāo)準(zhǔn)參考標(biāo)準(zhǔn)參考標(biāo)準(zhǔn)參考標(biāo)準(zhǔn)參
15、考標(biāo)準(zhǔn)平時(shí)考核20學(xué)習(xí)態(tài)度認(rèn)真,科學(xué)作風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn),嚴(yán)格保證設(shè)計(jì)時(shí)間并按任務(wù)書中規(guī)定的進(jìn)度開展各項(xiàng)工作。學(xué)習(xí)態(tài)度比較認(rèn)真,科學(xué)作風(fēng)良好,能按期圓滿完成任務(wù)書規(guī)定的任務(wù)。學(xué)習(xí)態(tài)度尚好,遵守組織紀(jì)律,基本保證設(shè)計(jì)時(shí)間,按期完成各項(xiàng)工作。學(xué)習(xí)態(tài)度尚可,能遵守組織紀(jì)律,能按期完成任務(wù)。學(xué)習(xí)馬虎,紀(jì)律渙散,工作作風(fēng)不嚴(yán)謹(jǐn),不能保證設(shè)計(jì)時(shí)間和進(jìn)度。課程設(shè)計(jì)報(bào)告報(bào)告內(nèi)容組織書寫20結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn),邏輯性強(qiáng),層次清晰,語言準(zhǔn)確,文字流暢,完全符合規(guī)范化要求,書寫工整或用計(jì)算機(jī)打印成文;圖紙非常工整、清晰。結(jié)構(gòu)合理,符合邏輯,文章層次分明,語言準(zhǔn)確,文字流暢,符合規(guī)范化要求,書寫工整或用計(jì)算機(jī)打印成文;圖紙工整、清晰。結(jié)構(gòu)合理,層次較為分明,文理通順,基本達(dá)到規(guī)范化要求,書寫比較工整;圖紙比較工整、清晰。結(jié)構(gòu)基本合理,邏輯基本清楚,文字尚通順,勉強(qiáng)達(dá)到規(guī)范化要求;圖紙比較工整。內(nèi)容空泛,結(jié)構(gòu)混亂,文字表達(dá)不清,錯(cuò)別字較多,達(dá)不到規(guī)范化要求;圖紙不工整或不清晰。技術(shù)水平20設(shè)計(jì)合理、理論分析與計(jì)算正確,文獻(xiàn)查閱能力強(qiáng)、引用合理、調(diào)查調(diào)研
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