直流電機速度控制系統(tǒng)校正裝置設(shè)計

1、-自動控制原理課程設(shè)計題目直流電機速度控制系統(tǒng)校正裝置設(shè)計專 業(yè)電氣工程及其自動化 姓 名班 級學(xué) 號指導(dǎo)教師職 稱副教授 州 航 空 工 業(yè) 管 理 學(xué) 院一、設(shè)計題目*直流電機速度控制系統(tǒng)校正裝置設(shè)計設(shè)單位反應(yīng)的*直流電機速度控制系統(tǒng)看，其開環(huán)傳遞函數(shù)為：，要求系統(tǒng)滿足性能指標：靜態(tài)速度誤差常數(shù)4，相位裕度，超調(diào)量M30，用頻率法校正裝置。二、設(shè)計目的 通過課程設(shè)計，在掌握自動控制理論根本原理，一般電學(xué)系統(tǒng)自動控制方法的根底上，用MATLAB實現(xiàn)系統(tǒng)的仿真與調(diào)試。三、設(shè)計要求 收集和查閱有關(guān)技術(shù)資料，獨立完成所承當(dāng)?shù)脑O(shè)計課題的全部容，初步掌握設(shè)計原則、設(shè)計方法、設(shè)計步驟和設(shè)計規(guī)的應(yīng)用；對工

2、程設(shè)計方案進展選擇和分析；繪制設(shè)計圖；撰寫說明書。具體要求如下：1、 根據(jù)所學(xué)控制理論知識頻率法、根軌跡法等進展人工設(shè)計校正裝置，初步設(shè)計出校正裝置傳遞函數(shù)形式及參數(shù)；2、 在MATLAB下，用simulink進展動態(tài)仿真，在計算機上對人工設(shè)計系統(tǒng)進展仿真調(diào)試，使其滿足技術(shù)要求；3、 確定校正裝置的電路形式及電路參數(shù)選作；4、 完成設(shè)計報告。 本課程設(shè)計以設(shè)計報告的形式提交，要求論點清楚，論據(jù)充分，構(gòu)造合理；分析問題有層次。包括設(shè)計思想，設(shè)計過程，圖曲線，總結(jié)和數(shù)字仿真。4、 設(shè)計過程應(yīng)用頻率法校正步驟：1、 根據(jù)所要求的穩(wěn)態(tài)性能指標，確定系統(tǒng)滿足穩(wěn)態(tài)性能要求的開環(huán)增益K。 由題目所給開環(huán)傳遞

3、函數(shù)可知這是一個典型的二階系統(tǒng)，要求系統(tǒng)滿足性能指標靜態(tài)誤差系數(shù)KV，因此取KV=4。 由公式KV=4可得K=25，Gk(S)=.則有：2、 繪制滿足由步驟一確定的K值下系統(tǒng)Bode圖，并求出系統(tǒng)的相角裕量。由步驟二所得的對數(shù)幅值函數(shù)，以及相角函數(shù)，轉(zhuǎn)折頻率0.5，可畫出未校正系統(tǒng)的Bode圖，其漸進線如下列圖：取點： 使得可計算出未校正系統(tǒng)的開環(huán)剪切頻率=1.414。則對應(yīng)的相角， 可得相角裕度，這說明系統(tǒng)的相角裕量遠遠小于要求值，系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)會有嚴重的振蕩，為到達所要求的性能指標，此設(shè)計應(yīng)采用串聯(lián)超前校正。3、 確定為使相角裕量到達要求值，所需增加的超前相角，即 式中，為要求的相角裕量；

4、是因為考慮到校正裝置影響剪切頻率的位置而附加的相角裕量：當(dāng)未校正系統(tǒng)中頻段的斜率為-40時，取=50150；當(dāng)未校正系統(tǒng)中頻段斜率為-60時，取50200。由未校正系統(tǒng)B可知，此系統(tǒng)的中頻段斜率為-40，因此取0。由題目要求500，我們可取500?？傻?00-200+100=400。4、令超前校正網(wǎng)絡(luò)的最大超前相角，可由下式求出校正裝置的參數(shù)： 將=400代入上式可得。5、 在B圖上確定未校正系統(tǒng)幅值為時的頻率。=求得：2.06，該頻率作為校正后系統(tǒng)的開環(huán)剪切頻率，即=。6、 由步驟五求得確實定校正裝置的轉(zhuǎn)折頻率：=0.971=4.44至此可得超前校正裝置的傳遞函數(shù)為： 為補償超前校正網(wǎng)絡(luò)造成

5、的幅值衰減，需附加一個放大器，校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)：=校正后系統(tǒng)的近似對數(shù)幅值函數(shù)為校正后系統(tǒng)的近似相角函數(shù)為校正后系統(tǒng)的轉(zhuǎn)折頻率為做出校正后的B圖，其漸近線如下：7，檢驗系統(tǒng)的性能指標是否滿足要求。 將步驟五求得的校正后的剪切頻率=2.06帶入校正后系統(tǒng)的相角函數(shù)-129.70 因此校正后系統(tǒng)的相角裕度為：=1800-129.70=50.30500可知校正后系統(tǒng)相角裕量滿足條件。 校正后的速度穩(wěn)態(tài)誤差系數(shù)：=44因此校正后系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差系數(shù)也滿足要求。校正后系統(tǒng)的諧振峰值：1.3由此可得此系統(tǒng)的超調(diào)量：=0.28=2830 校正后的開環(huán)傳遞函數(shù)的相角裕量，速度穩(wěn)態(tài)誤差系數(shù)，超調(diào)量均符合題

6、目要求。8、 下面用MATLAB對系統(tǒng)進展動態(tài)仿真。（1） 、校正前系統(tǒng)的圖：>> num=4;>> f1=1,0;>> f2=2,1;>> den=conv(f1,f2);>> bode(num,den)校正前的曲線如下：（2) 校正后系統(tǒng)圖：>> num=4*1,1;>> f1=1,0;>> f2=2,1;>> f3=0.25,1;>> den=conv(f1,conv(f2,f3);>> bode(num,den)校正后系統(tǒng)的曲線如下：校正前系統(tǒng)輸入單位階躍

7、后的仿真圖：>> numg=4;>> deng=conv(1,0,2,1);>> num1,den1=cloop(numg,deng);>> t=0:0.1:20;>> c1,*1,t=step(num1,den1,t);>> plot(t,c1,'-');grid校正后輸入階躍響應(yīng)的仿真圖：>> numc=4*1,1;>> denc=conv(1,0,conv(2,1,0.25,1);>> num2,den2=cloop(numc,denc);>> t=0:

8、0.1:20;>> c2,*2,t=step(num2,den2,t);>> plot(t,c2,'-');注：由上面兩仿真圖可以看出，校正后的系統(tǒng)與校正前有著明顯的差異，校正后系統(tǒng)的調(diào)整時間大大縮短，超調(diào)量也明顯減小，并且系統(tǒng)能迅速穩(wěn)定下來。9、 確定校正裝置的電路形式及電路參數(shù)由常用校正網(wǎng)絡(luò)及特性可知本次校正裝置采用的電路圖如下：此圖的傳遞函數(shù)及參數(shù)確定公式如下： , , , 上面求的校正裝置的傳遞函數(shù)為：代入上述公式：取C=1，最終的電路圖如下:自動控制課程設(shè)計體會：通過本次自動控制理論實踐課程的設(shè)計，使我穩(wěn)固了原有的理論知識，培養(yǎng)了我應(yīng)用所學(xué)知識和技能分析，解決實際問題的能力。使理論和實際相結(jié)合，更加深入我對自動控制這門課程的解釋和掌握，尤其是對B圖頻