自動控制原理課程設(shè)計電動車控制系統(tǒng)校正----赫思堯組

1、自動控制研究性教學(xué) 電動車車速控制系統(tǒng)校正 電動車車速控制系統(tǒng)校正指導(dǎo)老師 ： 李建勇小組成員 ： 赫思堯 13221067 石旭東 13221077 吳 愷 13221084 鄧 攀 13221061 李宗凱 13221070 答辯時間： 2015年12月16日目 錄一、研究內(nèi)容21、研究內(nèi)容22、控制原理圖3二、系統(tǒng)建模31、系統(tǒng)分析32、簡化系統(tǒng)模型4三、時域分析41、穩(wěn)定性分析52、穩(wěn)態(tài)誤差分析53、動態(tài)特性指標(biāo)54、調(diào)整系統(tǒng)7四、根軌跡分析101、根軌跡102、系統(tǒng)特性分析11五、頻域分析141、系統(tǒng)伯德圖、奈奎斯特圖142、系統(tǒng)性能分析15六、小組分工17七、感受心得17一、研究內(nèi)

2、容 1、研究內(nèi)容 通過車手柄轉(zhuǎn)手產(chǎn)生不同扭矩，電源輸入不同的電壓值（不穩(wěn)定），改變直流電機的電流輸出值，從而影響電機的轉(zhuǎn)速，改變車速。車速通過轉(zhuǎn)速計反饋給輸入的電壓值，然后進一步穩(wěn)定輸出車速，如此反復(fù)，直到車速達到一定的穩(wěn)定狀態(tài)（在一定范圍內(nèi)變化），表現(xiàn)為和輸入的扭矩呈線性關(guān)系。 2、控制原理圖二、系統(tǒng)建模 1、系統(tǒng)分析控制對象：直流電機 擾動量：電機的負載阻力轉(zhuǎn)矩輸入量：電壓U（轉(zhuǎn)矩） 輸出量：輸出車速 n 2、簡化系統(tǒng)模型由電路圖可知系統(tǒng)由 一個積分環(huán)節(jié)、一個一階微分環(huán)節(jié)、兩個性環(huán)節(jié)組成，故其傳遞函數(shù)和方框圖有：G4(s)G3(s)G2(s)G1(s) R（s）C(s)Wf(s) -1K2

3、/T2S+1K1/T1S+1S+11/S R（s） C(s)1 -1 Wk=Kk(0S+1)/s(1S+1)( 2S+1)WB=Wk/(1+ Wk Wf)三、時域分析取單位反饋，令0=0.5， 1=1， 2=4對系統(tǒng)進分析1、穩(wěn)定性分析特征方程有：12S3+(1+2)S2+(0 Kk+1)S+ Kk = 0S3 4 0.5K+1 S2 5 KS1 1-0.3K 0S0 K故開環(huán)增益 0< Kk3.3332、穩(wěn)態(tài)誤差分析系統(tǒng)為1型系統(tǒng) 故 Kv = Kk，輸入信號為x(t)=a*1+b*t+0.5*c*teSS = a*0 + b/K + c*由此可以得出，增大K或者提升系統(tǒng)的型別可以減少

4、系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差3、動態(tài)特性指標(biāo)在Metlab中編程可得其性能參數(shù)由此可知系統(tǒng)的 開環(huán)放大系數(shù)K k越大系統(tǒng)就越趨于不穩(wěn)定狀態(tài)，過小則會使系統(tǒng)反應(yīng)較慢，此系統(tǒng)合適的Kk在0.1附近。4、調(diào)整系統(tǒng)由于Kk的值太小，沒有實現(xiàn)信號的放大，加入微分環(huán)節(jié)調(diào)大Kk，此時系統(tǒng)開環(huán)函數(shù)為Wk=Kk(0S+1)(aS+1) /S (1S+1)( 2S+1) 令a=0.5，特征方程有：12S3+(1+2+0*a)S2+(a+0 )Kk +1)S+ Kk = 0S3 4 K+1 S2 5+0.25K KS1 (0.25K2+1.25K+5)/(5+0.25K)S0 KK可以使任意正數(shù)，系統(tǒng)都保持穩(wěn)定。穩(wěn)態(tài)誤差:eSS

5、= a*0 + b/K + c* 由此可知，加入微分環(huán)節(jié)會增大Kk,系統(tǒng)的超調(diào)量會先增加后減小，同時會使系統(tǒng)的響應(yīng)速度提高，tr、tp、ts 都會減小，但K太大，系統(tǒng)可控性就會減弱，調(diào)整a,使K在合理范圍內(nèi)。使K=15，改變a，在Metlab中編程，得出性能指數(shù)和圖形 隨著a的增大，系統(tǒng)的震蕩性減弱，超調(diào)量下降，選取a=2.5此時放大倍數(shù)有開始的0.1調(diào)大到15，系統(tǒng)的各項參數(shù)都達到很好的范圍。四、根軌跡分析1、根軌跡Wk=Kk(0S+1)/s(1S+1)( 2S+1)取單位反饋，令0=0.5， 1=1， 2=4對系統(tǒng)進分析臨界穩(wěn)定的增益和極點：K=2.89 -p1= -1.2306 + 0.

6、0000i p2 = -0.0097 + 0.7666i p3= -0.0097 - 0.7666i加入微分環(huán)節(jié) 有Wk=Kk(0S+1)(aS+1) /S (1S+1)( 2S+1)令a=0.5(兩個零點重合)有 阻尼比最小處：K=2.8795 -p1=-1.1344 + 0.0000i -p2= -0.1478 + 0.7828i -p3=-0.1478 - 0.7828i由此可知加入微分環(huán)節(jié)之后，系統(tǒng)的穩(wěn)定性大大提高2、系統(tǒng)特性分析改變a的值，a=0.3距離虛軸更近，阻尼比最小處 k =6.0557poles = -1.2670 + 0.0000i -0.1051 + 1.0881i -

7、0.1051 - 1.0881i:極點與零點重合,此時最小阻尼比處 k =1.3136poles = -1.0000 + 0.0000i -0.2071 + 0.5343i-0.2071-0.5343i k = 0.3213poles =-0.9066 + 0.0000i -0.2219 + 0.1984i -0.2219 - 0.1984i極點與零點重合，最小阻尼比處 k =1.9672poles = -0.9918 + 0.9917i -0.9918 - 0.9917i -0.2500 + 0.0000ik =1.2503poles = -0.9188 + 0.8768i -0.9188

8、- 0.8768i -0.1938 + 0.0000i隨著a的增大的（在一定范圍內(nèi)），最小阻尼增大，系統(tǒng)的超調(diào)量減小，趨于穩(wěn)定，震蕩性減弱，相應(yīng)速度加快。五、頻域分析1、系統(tǒng)伯德圖、奈奎斯特圖Wk=Kk(0S+1)/s(1S+1)( 2S+1)取單位反饋，令0=0.5， 1=1， 2=4對系統(tǒng)進分析截止頻率c = 0.45 ；相角裕度=17.38 ；幅值裕度h=4.142、系統(tǒng)性能分析加入微分環(huán)節(jié) 有Wk=Kk(0S+1)(aS+1) /S (1S+1)( 2S+1)令a=0.1有 截止頻率c = 0.45 ；相角裕度=19.94 ；幅值裕度h=7.78截止頻率c = 0.62 ；相角裕度=64.59 隨著a的增大，相角裕度增大，截止頻率增大，幅值裕度會增大而后減小，但系統(tǒng)的穩(wěn)定性良好六、小組分工 赫思堯：Metlab仿真吳 愷：內(nèi)容