線性控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與校正

1、課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告課程名稱： 自動(dòng)控制原理 設(shè)計(jì)題目： 線性控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與校正 學(xué) 校： 學(xué) 部： 機(jī)械與電氣工程學(xué)部 專業(yè)班級(jí)： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 日 期： 2012-01-01 線性控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與校正課程設(shè)計(jì)報(bào)告小組成員： 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容：1、擬定一個(gè)線性控制系統(tǒng)確定傳遞函數(shù)，用Matlab軟件仿真，求出各項(xiàng)動(dòng)態(tài)、穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)；畫出模擬電路圖，并在自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)箱上搭建實(shí)際電路，輸入階躍信號(hào)（用適當(dāng)周期的方波信號(hào)模擬），測(cè)量系統(tǒng)各項(xiàng)動(dòng)態(tài)、穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)、 超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間、穩(wěn)態(tài)誤差。2、根據(jù)工程控制的一般要求提出控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)要求。3、選擇合適的方法設(shè)計(jì)校正裝置采用Matla

2、b軟件進(jìn)行仿真。在實(shí)驗(yàn)裝置上搭建校正后的系統(tǒng)電路，再次測(cè)量階躍輸入下的動(dòng)態(tài)、穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)，與校正前的系統(tǒng)進(jìn)行比較。4、改變校正裝置的相關(guān)參數(shù)，使系統(tǒng)的性能指標(biāo)均滿足要求。5、根據(jù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。一、校正前系統(tǒng)性能分析典型三階系統(tǒng)方框圖如圖所示校正前系統(tǒng)階躍響應(yīng)開環(huán)傳遞函數(shù)：閉環(huán)傳遞函數(shù)：設(shè)定系統(tǒng)的時(shí)域性能指標(biāo)：1），2）由于系統(tǒng)性能由主導(dǎo)極點(diǎn)決定，因此該三階系統(tǒng)簡(jiǎn)化為二階系統(tǒng)：因?yàn)橐虼?，?duì)應(yīng)的PO%=exp(-0.0772*pi/sqrt(1-0.07722)= 78.41%調(diào)節(jié)時(shí)間 Simulink 仿真結(jié)果： Simulink仿真的系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)根據(jù)理論分析和仿真結(jié)果，得到原系

3、統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能超調(diào)，調(diào)節(jié)時(shí)間，原系統(tǒng)性能較差，不符合性能指標(biāo)要求，需要對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行校正。2、從頻域角度再次觀察該系統(tǒng)。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行頻域分析，畫開環(huán)Bode圖得 原系統(tǒng)開環(huán)Bode圖增益裕度為3.25dB，相位裕度10.3deg，穿越頻率55.4rad/sec已知設(shè)計(jì)要求的時(shí)域性能指標(biāo)：1） 2）根據(jù)頻域知識(shí)：時(shí)域中超調(diào)小于20%，對(duì)應(yīng)于阻尼比，換算到頻域并留有5deg余量，則所需要的 又由，得到（時(shí)）此時(shí)則需要用超前校正，增大穿越頻率和相位裕度3.用SISOTOOL工具箱進(jìn)行探索校正器的極點(diǎn)比零點(diǎn)要遠(yuǎn)離原點(diǎn)，才能使相位裕度大于50deg4. 用matlab計(jì)算num1=0 1;den1=0.022

4、 1;num2=0 1;den2=0.01 0;num3=0 1;den3=0.01 1;G3=tf(num3,den3);G1=tf(num1,den1);G2=tf(num2,den2);sys=G1*G2*G3;gamad=45;%Desired phase marginPm0=10.3;phai=gamad-Pm0+5;pha=phai*pi/180;alpha=(1+sin(pha)/(1-sin(pha);mag,phase,w=bode(sys);adb=20*log10(mag);am=-10*log10(alpha);wgc=spline(adb,w,am);T=1/(wgc*sqrt(alpha);alphat=alpha*T;Gc=Tf(alphat 1,T 1)得到結(jié)果校正后系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)校正前后開環(huán)Bode圖如下：二、校正后系統(tǒng)框圖及階躍響應(yīng)校正電路圖：校正后的電路圖：三、比較校正前后系統(tǒng)的性能校正后系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)：調(diào)節(jié)后系統(tǒng)PM=48.7,deg，GM=27.4