轉(zhuǎn)子繞線機控制器的設(shè)計

1、課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名： 專業(yè)班級： 指導(dǎo)教師： 工作單位： 題 目: 轉(zhuǎn)子繞線機控制器的設(shè)計。 初始條件：已知轉(zhuǎn)子繞線機控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)是要求系統(tǒng)在單位斜坡輸入作用下的穩(wěn)態(tài)誤差為，相角裕度。要求完成的主要任務(wù): （包括課程設(shè)計工作量及其技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求）（1） 作出滿足初始條件的最小K值的系統(tǒng)伯德圖，計算系統(tǒng)的幅值裕度和相位裕度。（2） 前向通路中插入一相位滯后校正，確定校正網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)。（3） 畫出未校正和已校正系統(tǒng)的根軌跡，并進行性能指標分析。（4） 課程設(shè)計說明書中要求寫清楚計算分析的過程，列出MATLAB程序和MATLAB輸出。說明書的格式按照教務(wù)處標準書寫

2、。時間安排： 任務(wù)時間（天）指導(dǎo)老師下達任務(wù)書，審題、查閱相關(guān)資料2分析、計算2編寫程序1撰寫報告2論文答辯1指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日目錄摘要11串聯(lián)滯后校正21.1RC滯后網(wǎng)絡(luò)21.2串聯(lián)滯后校正的作用21.3滯后校正的設(shè)計步驟22 控制系統(tǒng)校正前分析32.1 用matlab做出校正前系統(tǒng)的伯德圖3系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)3軟件求出未校正系統(tǒng)的伯德圖33 控制系統(tǒng)滯后校正分析設(shè)計43.1 理論計算43.2 采用matlab工具進行串聯(lián)滯后校正設(shè)計64 系統(tǒng)校正前后伯德圖對比75 利用階躍響應(yīng)曲線對校正前后系統(tǒng)進行分析106 串聯(lián)滯后校正的優(yōu)缺點及適用條件11

3、6.1串聯(lián)滯后校正的優(yōu)缺點116.2 串聯(lián)滯后校正的適用條件12心得體會13參考文獻14本科生課程設(shè)計成績評定表15摘要自動控制技術(shù)是20世紀發(fā)展最快、影響最大的技術(shù)之一，也是21世紀最重要的高技術(shù)之一。今天，技術(shù)、生產(chǎn)、軍事、管理、生活等各個領(lǐng)域，都離不開自動控制技術(shù)。就定義而言，自動控制技術(shù)是控制論的技術(shù)實現(xiàn)應(yīng)用，是通過具有一定控制功能的自動控制系統(tǒng)，來完成某種控制任務(wù)，保證某個過程按照預(yù)想進行，或者實現(xiàn)某個預(yù)設(shè)的目標?，F(xiàn)如今可以運用matlab等軟件，進行比較方便快捷的校正，先用分析法計算出校正的參數(shù)，再根據(jù)matlab已有的函數(shù)來進行校正，可以得到要求的系統(tǒng)。關(guān)鍵字：自動控制技術(shù) 校正

4、 matlab1串聯(lián)滯后校正1.1RC滯后網(wǎng)絡(luò)RC超前網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為 (1)式中 (2)1.2串聯(lián)滯后校正的作用利用滯后校正裝置的高頻幅值衰減特性，使已校正系統(tǒng)的截止頻率下降，從而使系統(tǒng)獲得足夠的相角裕度。另外，滯后校正有利于提高低頻段的增益，減小穩(wěn)態(tài)誤差。滯后校正具有如下特點： （1）利用校正裝置的高頻幅值衰減特性改善了系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性，使系統(tǒng)具有一定的穩(wěn)定裕量，對校正裝置相角滯后特性的影響忽略不計。（2）從對數(shù)幅頻曲線看，校正后的截止頻率c比校正前的c0提前，因此，系統(tǒng)的快速性降低，提高了系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性。（3）為了保證校正裝置的滯后相角不影響系統(tǒng)的相位裕量，其最大滯后相角應(yīng)避免出現(xiàn)在校

5、正后的截止頻率c附近。為了做到這一點，校正網(wǎng)絡(luò)的兩個轉(zhuǎn)折頻率1/T和 1/bT均應(yīng)設(shè)置在遠離截止頻率的低頻段。（4）校正后系統(tǒng)的幅頻特性曲線在高頻段衰減大，可以提高系統(tǒng)抗高頻干擾能力。1.3滯后校正的設(shè)計步驟（1）根據(jù)穩(wěn)態(tài)誤差的要求，確定原系統(tǒng)的開環(huán)增益K。（2）利用已確定的開環(huán)增益K，畫出未校正系統(tǒng)的伯德圖，計算未校正系統(tǒng)的相角裕量0和幅值裕量h0。 （3）若相角裕量和幅值裕量不滿足指標，則根據(jù)指標要求的相角裕量，在未校正系統(tǒng)的對數(shù)相頻曲線上確定相角滿足下式的點： 選擇該點對應(yīng)的頻率作為校正后的截止頻率 c。（4）計算未校正幅頻曲線在0處的分貝值并且令 ，可求出b的值。（5）為減小校正裝置相

6、角滯后特性的影響，滯后網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)折頻率=1/bT（對應(yīng)零點）應(yīng)低于c110倍頻程，一般取1/bT=0.1c，可求出T.（6）確定校正裝置的傳遞函數(shù)（7）驗算校正后系統(tǒng)的性能指標。2 控制系統(tǒng)校正前分析2.1 用matlab做出校正前系統(tǒng)的伯德圖 系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)如下：化成時間常數(shù)形式如下： matlab軟件求出未校正系統(tǒng)的伯德圖使用MATLAB軟件可直接得到系統(tǒng)的BODE圖和相角,幅值裕度。程序的代碼如下：n=500d=1,15,50,0g1=tf(n,d)mag,phase,w=bode(g1)margin(g1)由圖可知，此時截止頻率Wc=5.72rad/s,相位裕度Pm

7、=11.4°，相位穿越頻率Wg=7.07rad/s,幅值裕度GM=3.52dB。3 控制系統(tǒng)滯后校正分析設(shè)計3.1 理論計算（1）根據(jù)穩(wěn)態(tài)誤差的要求，確定原系統(tǒng)的開環(huán)增益K。K=2（2）利用已確定的開環(huán)增益K，畫出未校正系統(tǒng)的伯德圖，計算未校正系統(tǒng)的相角裕量0和幅值裕量h0。 系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)是：穩(wěn)態(tài)工作誤差所以得到K值為：K=500相角裕度：因為在穿越頻率=1，解得c5.72rad/s穿越頻率處的相角為：幅值裕度：解得：所以，幅值裕度為: （3）若相角裕量和幅值裕量不滿足指標，則根據(jù)指標要求的相角裕量，在未校正系統(tǒng)的對數(shù)相頻曲線上確定相角滿足下式的點： 此時c1.7rad/s（4

8、）計算未校正幅頻曲線在c處的分貝值并且令 ，可求出b的值。求得：（5）為減小校正裝置相角滯后特性的影響，滯后網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)折頻率=1/bT（對應(yīng)零點）應(yīng)低于c110倍頻程，一般取1/bT=0.1c，可求出T.求得T=34.6（6）確定校正裝置的傳遞函數(shù)此校正裝置傳函為（7）驗算校正后系統(tǒng)的性能指標。系統(tǒng)校正后的相位裕度：計算與仿真結(jié)果相同3.2 采用matlab工具進行串聯(lián)滯后校正設(shè)計程序如下：n=500;d=1,15,50,0;g1=tf(n,d);kc=1;phi=60-180;Wc=spline(phase,w,phi);n1=polyval(n,j*Wc);d1=polyval(d,j*Wc

9、);g=n1/d1;g2=abs(g);M=20*log10(g2);b=10(-M/20);T=1/b/(0.1*Wc);Tz=b*T;W=tf(Tz 1,T 1);figure(1);bode(g1*kc,'r');hold on;bode(g1*W*kc,'b');grid on;mag,phase,w=bode(g1*W);margin(g1*W)由圖可知，此時截止頻率Wc=1.81rad/s,相位裕度Pm=55.3°，相位穿越頻率Wg=6.92rad/s,幅值裕度GM=17.4dB。(符合設(shè)計要求)4 系統(tǒng)校正前后伯德圖對比求出前后伯德圖程序

10、如下：n=500;d=1,15,50,0;g1=tf(n,d);kc=1;phi=60-180;mag,phase,w=bode(g1*kc);Wc=spline(phase,w,phi);n1=polyval(n,j*Wc);d1=polyval(d,j*Wc);g=n1/d1;g2=abs(g);M=20*log10(g2);b=10(-M/20);T=1/b/(0.1*Wc);Tz=b*T;W=tf(Tz 1,T 1);figure(1);rlocus(g1*W*kc);figure(2);rlocus(g1*kc);仿真出的根軌跡圖如下所示：5 利用階躍響應(yīng)曲線對校正前后系統(tǒng)進行分析求

11、出階躍響應(yīng)曲線的程序如下：n=500;d=1,15,50,0;g1=tf(n,d);kc=1;phi=60-180;mag,phase,w=bode(g1*kc);Wc=spline(phase,w,phi);n1=polyval(n,j*Wc);d1=polyval(d,j*Wc);g=n1/d1;g2=abs(g);M=20*log10(g2);b=10(-M/20);T=1/b/(0.1*Wc);Tz=b*T;W=tf(Tz 1,T 1);figure(1);Wx_c=feedback(g1*kc*W,1) %校正后開環(huán)系統(tǒng)傳遞函數(shù)step(Wx_c,'b',5); %校

12、正后開環(huán)單位階躍響應(yīng)曲線hold on;Wx_d=feedback(g1*kc,1) %校正前開環(huán)系統(tǒng)傳遞函數(shù)step(Wx_d,'b',5); %校正后開環(huán)單位階躍響應(yīng)曲線由圖可知，校正前：上升時間，超調(diào)時間：，調(diào)節(jié)時間，超調(diào)量%=70%。校正后：上升時間，超調(diào)時間：，調(diào)節(jié)時間，超調(diào)量%=16%。6 串聯(lián)滯后校正的優(yōu)缺點及適用條件6.1串聯(lián)滯后校正的優(yōu)缺點優(yōu)點：1提高系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度2提高系統(tǒng)相對穩(wěn)定性3校正后系統(tǒng)的截至頻率會減小缺點：降低系統(tǒng)響應(yīng)速度。6.2 串聯(lián)滯后校正的適用條件適用條件：1 在系統(tǒng)響應(yīng)速度要求不高而抑制噪聲電平性能要求較高的情況下，可考慮采用串聯(lián)滯后校正。 2 保持原有的已滿足要求的動態(tài)性能不變，而用以提高系統(tǒng)的開環(huán)增益，減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。心得體會這次課設(shè)，由于是一人一題，利用matlab來進行系統(tǒng)的校正分析，工作量不小。由于之前使用matlab的經(jīng)驗甚少設(shè)計時可以說是摸著黑一步一步探索前行。與此同時，也體會到了matlab的強大之處：方便的圖形輸出與函數(shù)調(diào)用，這些功能都優(yōu)化且加快著我們的設(shè)計工作。通過這次課程設(shè)計，我覺得學(xué)習(xí)像自動控制這樣實用的知識，不僅要掌握書本上的基本內(nèi)容，還要靈活思考，善于變換，這樣才能找到最優(yōu)設(shè)計，達到事半功倍的效果。而這是日后最實用的，真的是受益匪淺。要面對社會的挑戰(zhàn)，只有不斷的學(xué)習(xí)、實踐，再學(xué)習(xí)、再實踐；