自動控制原理課程設(shè)計-速度伺服控制系統(tǒng)設(shè)計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上自動控制原理課程設(shè)計題目速度伺服控制系統(tǒng)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)老師 機電工程學(xué)院2009年12月目 錄一 課程設(shè)計設(shè)計目的二 設(shè)計任務(wù)三 設(shè)計思想四 設(shè)計過程五 應(yīng)用simulink進行動態(tài)仿真六 設(shè)計總結(jié)七 參考文獻一、課程設(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。二、設(shè)計任務(wù)：速度伺服控制系統(tǒng)設(shè)計?？刂葡到y(tǒng)如圖所示，要求利用根軌跡法確定測速反饋系數(shù)，以使系統(tǒng)的阻尼比等于0.5，并估算校正后系統(tǒng)的性能指標(biāo)。三、設(shè)計思想：反饋校正：在控制工程實踐中，為改善控

2、制系統(tǒng)的性能，除可選用串聯(lián)校正方式外，常常采用反饋校正方式。常見的有被控量的速度，加速度反饋，執(zhí)行機構(gòu)的輸出及其速度的反饋，以及復(fù)雜系統(tǒng)的中間變量反饋等。反饋校正采用局部反饋包圍系統(tǒng)前向通道中的一部分環(huán)節(jié)以實現(xiàn)校正，。從控制的觀點來看，采用反饋校正不僅可以得到與串聯(lián)校正同樣的校正效果，而且還有許多串聯(lián)校正不具備的突出優(yōu)點：第一，反饋校正能有效地改變被包圍環(huán)節(jié)的動態(tài)結(jié)構(gòu)和參數(shù)；第二，在一定條件下，反饋校正裝置的特性可以完全取代被包圍環(huán)節(jié)的特性，反饋校正系數(shù)方框圖從而可大大削弱這部分環(huán)節(jié)由于特性參數(shù)變化及各種干擾帶給系統(tǒng)的不利影響。該設(shè)計應(yīng)用的是微分負反饋校正：如下圖所示，微分負反饋校正包圍振蕩環(huán)

3、節(jié)。其閉環(huán)傳遞函數(shù)為 試中，=+，表明微分負反饋不改變被包圍環(huán)節(jié)的性質(zhì)，但由于阻尼比增大，使得系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)超調(diào)量減小，振蕩次數(shù)減小，改善了系統(tǒng)的平穩(wěn)性。微分負反饋校正系統(tǒng)方框圖四、設(shè)計過程：1.未校正系統(tǒng)如下圖：u 繪制開環(huán)傳遞函數(shù)=的根軌跡圖系統(tǒng)的開環(huán)極點為=0，=-1，無開環(huán)零點。（1） 根軌跡有2條，分別起始于=0，=-1，2條全部終止于無窮遠處。（2） 根軌跡對稱于實軸且連續(xù)變化。（3） 實軸上的根軌跡段位于-1,0上。（4） 漸近線2條，漸近線與實軸的交點為： 漸近線的傾角為： （5）根據(jù)分離點和會合點的公式： ， （6）分離點和會合點的分離角和會合角均為（7）根軌跡與虛軸的交點：

4、由，解得：手工繪制系統(tǒng)的根軌跡圖：0校正前原系統(tǒng)的時域性能指標(biāo)：評價控制系統(tǒng)優(yōu)劣的性能指標(biāo)，一般是根據(jù)系統(tǒng)在典型輸入下輸出響應(yīng)的某些特征值規(guī)定的。首先判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。由開環(huán)傳遞函數(shù)知，閉環(huán)特征方程為根據(jù)勞斯判據(jù)知閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定。u 穩(wěn)態(tài)指標(biāo)靜態(tài)位置誤差系數(shù)穩(wěn)態(tài)誤差：的大小反映了系統(tǒng)在階躍輸入下消除誤差的能力，越大，穩(wěn)態(tài)誤差越小;在階躍輸入時，若要求系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差為零，則系統(tǒng)至少為型或高于型的系統(tǒng)。該系統(tǒng)為型系統(tǒng)，故穩(wěn)態(tài)誤差為0.靜態(tài)速度誤差系數(shù)穩(wěn)態(tài)誤差：的大小反映了系統(tǒng)跟蹤斜坡輸入信號的能力，越大，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差越小；型系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時，輸出與輸入在速度上相等，但有一個與K成反比的常數(shù)位置誤差。靜態(tài)加

5、速度誤差系數(shù)的大小反映了系統(tǒng)跟蹤加速度輸入信號的能力，越大，系統(tǒng)跟蹤精度越高；型系統(tǒng)的輸出不能跟蹤加速度輸入信號，在跟蹤過程中誤差越來越大，穩(wěn)態(tài)時達到無限大。u 動態(tài)指標(biāo)系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)與典型的二階系統(tǒng)相比，有解得： 上升時間峰值時間最大超調(diào)量其單位階躍響應(yīng)為：用MATLAB繪制根軌跡圖：（1）啟動MATLAB該軟件進入MATLAB界面：（2）在MATLAB命令窗口輸入：執(zhí)行后得到如下所示的根軌跡圖：單擊根軌跡，找到增益k=10的兩點，從圖中可以讀出：閉環(huán)極點為，阻尼比=0.158，系統(tǒng)的超調(diào)量為，與上面經(jīng)過計算的基本一致。（3）在MATLAB命令窗口輸入：執(zhí)行后得到原系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線

6、：如圖所示：上升時間=0.556s，峰值時間=1.02s與上面經(jīng)過計算的基本一致。2.引入速度反饋后（校正后）的控制系統(tǒng)如下圖： 對于上面系統(tǒng)，其閉環(huán)傳遞函數(shù)為：與典型二階系統(tǒng)相比較，有： 由，可得：u 繪制開環(huán)傳遞函數(shù)=的根軌跡圖系統(tǒng)的開環(huán)極點為=0，=-3.162，無開環(huán)零點。（1）根軌跡有2條，分別起始于=0，=-3.162，2條全部終止于無窮遠處。（2）根軌跡對稱于實軸且連續(xù)變化。（3）實軸上的根軌跡段位于-3.162,0上。（5） 漸近線2條，漸近線與實軸的交點為： 漸近線的傾角為： （6）根據(jù)分離點和會合點的公式：， （6）分離點和會合點的分離角和會合角均為（7）根軌跡與虛軸的交點

7、： 由，解得：手工繪制系統(tǒng)的根軌跡圖：0校正后系統(tǒng)的時域性能指標(biāo)：首先判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。由開環(huán)傳遞函數(shù)知，閉環(huán)特征方程為根據(jù)勞斯判據(jù)知閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定。u 穩(wěn)態(tài)指標(biāo)靜態(tài)位置誤差系數(shù)穩(wěn)態(tài)誤差：的大小反映了系統(tǒng)在階躍輸入下消除誤差的能力，越大，穩(wěn)態(tài)誤差越小;在階躍輸入時，若要求系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差為零，則系統(tǒng)至少為型或高于型的系統(tǒng)。該系統(tǒng)為型系統(tǒng)，故穩(wěn)態(tài)誤差為0.靜態(tài)速度誤差系數(shù)穩(wěn)態(tài)誤差：的大小反映了系統(tǒng)跟蹤斜坡輸入信號的能力，越大，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差越小；型系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時，輸出與輸入在速度上相等，但有一個與K成反比的常數(shù)位置誤差。靜態(tài)加速度誤差系數(shù)的大小反映了系統(tǒng)跟蹤加速度輸入信號的能力，越大，系統(tǒng)跟蹤精度越高；型

8、系統(tǒng)的輸出不能跟蹤加速度輸入信號，在跟蹤過程中誤差越來越大，穩(wěn)態(tài)時達到無限大。u 動態(tài)指標(biāo)系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)與典型的二階系統(tǒng)相比，有解得： 上升時間峰值時間最大超調(diào)量其單位階躍響應(yīng)為：用MATLAB繪制根軌跡圖：（1） 在MATLAB命令窗口輸入：執(zhí)行后得到如下所示的根軌跡圖：單擊根軌跡，找到增益k=10的兩點，從圖中可以讀出：閉環(huán)極點為，阻尼比=0.5，系統(tǒng)的超調(diào)量為，與上面經(jīng)過計算的基本一致。（2） 在MATLAB命令窗口輸入：執(zhí)行后得到現(xiàn)系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線：如圖所示：上升時間=0.77s，峰值時間=1.13s與上面經(jīng)過計算的基本一致。經(jīng)過以上對比與計算，系統(tǒng)引入速度反饋控制后，其無阻尼自然振蕩頻率基本不變，可得到當(dāng)阻尼比增大時，使得系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)超調(diào)量減小，振蕩次數(shù)減小，系統(tǒng)的平穩(wěn)性提高，快速性提高，改善了系統(tǒng)的平穩(wěn)性