自動(dòng)控制原理課程設(shè)計(jì)的報(bào)告最終版,重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院

...wd......wd......wd...成績(jī)_______重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院自動(dòng)化系自動(dòng)控制原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目Ⅰ型三階系統(tǒng)的典型分析與綜合設(shè)計(jì)系別自動(dòng)化系專業(yè)名稱電氣工程與自動(dòng)化班級(jí)學(xué)號(hào)姓名孫猜勝指導(dǎo)教師重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院自動(dòng)化系制2014年12月摘要在控制系統(tǒng)中，對(duì)于一個(gè)設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，在進(jìn)展控制系統(tǒng)校正之前，首先應(yīng)確信已對(duì)被控對(duì)象進(jìn)展了盡可能的改善，即通過(guò)調(diào)整控制器的各項(xiàng)參數(shù)仍然無(wú)法滿足系統(tǒng)性能指標(biāo)的要求。這時(shí)必須在系統(tǒng)中引入一些附加裝置來(lái)改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)性能，使其全面滿足性能指標(biāo)要求。本次課程設(shè)計(jì)研究的是Ⅰ型三階系統(tǒng)，要求滿足給定的期望指標(biāo)。對(duì)于這個(gè)系統(tǒng)，需要在頻域中建設(shè)原系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。根據(jù)傳遞函數(shù)進(jìn)展繪制bode圖，從圖中得出不滿足各項(xiàng)指標(biāo)時(shí)，那么通過(guò)期望的指標(biāo)設(shè)計(jì)出bode圖，得到校正裝置的傳遞函數(shù)，從而得到校正后的傳遞函數(shù)。然后需Simulink仿真看是否到達(dá)所希望的指標(biāo)，以及設(shè)計(jì)出校正后的系統(tǒng)模擬圖，通過(guò)實(shí)驗(yàn)里的設(shè)備搭建實(shí)物電路，在輸入階躍響應(yīng)時(shí)，觀察示波器上波形，并進(jìn)展與仿真對(duì)照。本系統(tǒng)單純采用超前校正或滯后校正均只能改善系統(tǒng)暫態(tài)或穩(wěn)態(tài)一個(gè)方面的性能，并且要求的性能都比較高，宜采用了串聯(lián)滯后-超前校正裝置。【關(guān)鍵字】校正性能指標(biāo)校正裝置AbstractInthecontrolsystem,foradesigner,beforeadjustmentforcontrolsystem,First,theaccusedshouldhavebeenidentifiedforpossibleimprovementoftheobject,byadjustingtheparametersofthecontrollerisstillunabletomeettherequirementsofsystemperformanceindex.Thenyoumustintroducesomeadditionaldevicesinthesystemtoimprovesteady-stateandtransientperformanceofthesystem,sothat，Itfullymeettheperformancerequirements.ThecurriculumdesignisthestudyoftheⅠthird-ordersystem,Requiredtomeettheexpectationsofagivenindex.Forthissystem,Needtoestablishamathematicalmodeloftheoriginalsysteminthefrequencydomain.Bodechartingbasedontransferfunction,Whentheresultsfromthefiguredoesnotmeetthetargets,bythedesiredindexdesignedbodediagram,getthecalibrationdeviceoftransferfunction,therebyobtainingthetransferfunctionofthecorrected.YouthenneedtoseeiftheSimulinksimulationtoachievethedesiredtargets,anddesignacorrectionaftersystemsimulationdiagram,Buildphysicalcircuitthroughexperimentequipment,Whenenteringthestepresponse,observedonanoscilloscopewaveform,andcontrolandsimulation.Thesystemusesasimplecorrectionorlagcorrectionaheadaretransientorsteady-statesystemcanonlyimproveoneaspectofperformance,Andperformancerequirementsarehigh,shouldadoptaserieslag-leadcorrectiondevice.Keywords：correctionperformanceindexcorrectingdevice目錄?自動(dòng)控制原理?課程設(shè)計(jì)(簡(jiǎn)明)任務(wù)書(shū)5一、系統(tǒng)說(shuō)明〔概述〕61.1.設(shè)計(jì)目的61.2.系統(tǒng)原理〔簡(jiǎn)介〕61.3.各環(huán)節(jié)的性能、功能特性說(shuō)明61.4.設(shè)計(jì)基本要求71.5.設(shè)計(jì)指標(biāo)7二、系統(tǒng)建模82.1.各個(gè)環(huán)節(jié)模型82.2原系統(tǒng)方框圖92.3.系統(tǒng)模擬電路圖10三、系統(tǒng)分析113.1.穩(wěn)定性分析113.2.頻域分析113.3.MATLAB繪制原系統(tǒng)bode圖123.4繪制原系統(tǒng)bode圖〔手繪〕12四、系統(tǒng)綜合134.1.利用期望指標(biāo)繪制Bode圖(手繪)134.2.確定參考模型134.3驗(yàn)算是否滿足性能指標(biāo)154.4校正裝置的選取154.5.校正裝置174.6.參數(shù)的選擇174.7.系統(tǒng)綜合過(guò)程表達(dá)〔Bode圖上〕17五、系統(tǒng)物理模擬圖195.1.原系統(tǒng)模擬圖195.2.原系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲線195.3.綜合后系統(tǒng)模擬圖205.4.綜合后系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線205.6Simulink仿真21六、實(shí)驗(yàn)室模擬226.1.原系統(tǒng)階躍響應(yīng)226.2.校正系統(tǒng)階躍響應(yīng)22七、總結(jié)237.1課程總結(jié)237.2心得體會(huì)23參考文獻(xiàn)：24?自動(dòng)控制原理?課程設(shè)計(jì)(簡(jiǎn)明)任務(wù)書(shū)設(shè)計(jì)題目：Ｉ型三階系統(tǒng)的典型分析與綜合設(shè)計(jì)系統(tǒng)說(shuō)明：設(shè)單位反響系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為，試設(shè)計(jì)串聯(lián)校正裝置，使系統(tǒng)滿足基本要求：1.用頻率法分析系統(tǒng)：作原系統(tǒng)的Bode圖；分析原系統(tǒng)的性能，當(dāng)原系統(tǒng)的性能不滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，那么進(jìn)展系統(tǒng)校正。2.利用頻率法綜合系統(tǒng)：〔1〕畫(huà)出串聯(lián)校正構(gòu)造圖，分析并選擇串聯(lián)校正的類(lèi)型〔微分、積分或微分-積分校正〕；〔2〕確定校正裝置傳遞函數(shù)的參數(shù)；〔3〕畫(huà)出校正后的系統(tǒng)的Bode圖，并校驗(yàn)系統(tǒng)性能；假設(shè)不滿足，那么重新確定校正裝置的參數(shù)?！?〕完成系統(tǒng)綜合前后的有源物理模擬〔驗(yàn)證〕實(shí)驗(yàn)；課程設(shè)計(jì)報(bào)告：〔1〕課程設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)一份；〔2〕原系統(tǒng)組成構(gòu)造原理圖一張〔自繪〕；〔3〕系統(tǒng)分析，綜合用bode圖一張；〔4〕系統(tǒng)綜合前后的模擬圖各一張〔附實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖〕；〔5〕封面裝幀成冊(cè)；指導(dǎo)教師：馬冬梅2014-12-12一、系統(tǒng)說(shuō)明〔概述〕1.1.設(shè)計(jì)目的〔1〕掌握自動(dòng)控制原理課程中所學(xué)的理論知識(shí)，提高分析和解決問(wèn)題能力〔2〕掌握反響系統(tǒng)的基本理論和方法，對(duì)工程系統(tǒng)進(jìn)展進(jìn)展全面分析〔3〕掌握控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與校正方法〔4〕掌握使用mathtype，visio，matlab中的Simulink的使用方法1.2.系統(tǒng)原理〔簡(jiǎn)介〕開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)：該傳遞函數(shù)可由一個(gè)積分環(huán)節(jié)、兩個(gè)慣性環(huán)節(jié)組成。方塊圖：圖1-1Ⅰ型三階系統(tǒng)的方框圖1.3.各環(huán)節(jié)的性能、功能特性說(shuō)明(1)比較環(huán)節(jié)將輸入信號(hào)與輸出反響回的信號(hào)進(jìn)展比較，以改善放大器的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能；(2)積分環(huán)節(jié)輸出量與輸入量成積分關(guān)系的環(huán)節(jié)，稱為積分環(huán)節(jié)。特點(diǎn)：輸出量與輸入量的積分成正比例，當(dāng)輸入消失，輸出保持不變，具有記憶功能；積分環(huán)節(jié)受到擾動(dòng)自身無(wú)法到達(dá)穩(wěn)定。(3)慣性環(huán)節(jié)一階慣性環(huán)節(jié)的微分方程是一階的，且輸出響應(yīng)需要一定時(shí)間后才能到達(dá)穩(wěn)態(tài)值，因此稱為一階慣性環(huán)節(jié)。特點(diǎn)：輸出信號(hào)對(duì)輸入信號(hào)的響應(yīng)存在慣性〔輸入信號(hào)階躍參加后，輸出信號(hào)不能突然變化，只能隨時(shí)間增加逐漸變化〕。(4)反響環(huán)節(jié)：根據(jù)輸入與輸出在廣義上是否相等來(lái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)使之誤差減小。1.4.設(shè)計(jì)基本要求1．利用頻率法分析系統(tǒng)：(1)作原系統(tǒng)的Bode圖；(2)分析原系統(tǒng)性能，當(dāng)原系統(tǒng)的性能不滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，那么進(jìn)展系統(tǒng)校正。2、利用頻率法綜合系統(tǒng)：(1)畫(huà)出串聯(lián)校正構(gòu)造圖，分析并選擇串聯(lián)校正的類(lèi)型〔微分、積分或微分-積分校正〕；(2)確定校正裝置傳遞函數(shù)的參數(shù)；(3)畫(huà)出校正后的系統(tǒng)的Bode圖，并校驗(yàn)系統(tǒng)性能；假設(shè)不滿足，那么重新確定校正裝置的參數(shù)。3、完成系統(tǒng)綜合前后的有源物理模擬〔驗(yàn)證〕實(shí)驗(yàn)；1.5.設(shè)計(jì)指標(biāo)用串聯(lián)校正的頻率域方法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)展串聯(lián)校正設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)滿足以下動(dòng)態(tài)及靜態(tài)性能指標(biāo)：靜態(tài)速度誤差系數(shù)：；調(diào)節(jié)時(shí)間：；超調(diào)量：%%；二、系統(tǒng)建模2.1.各個(gè)環(huán)節(jié)模型〔1〕比較器圖2-1比較器〔2〕積分環(huán)節(jié)圖2-2積分模擬圖構(gòu)造方框圖：圖2-3輸入：輸出：〔3〕慣性環(huán)節(jié)圖2-4慣性環(huán)節(jié)模擬圖構(gòu)造方框圖：圖2-5輸入：輸出：同理第三個(gè)也是一階慣性環(huán)節(jié)，傳遞函數(shù)為：2.2原系統(tǒng)方框圖圖2-6原系統(tǒng)方框圖簡(jiǎn)化框圖：圖2-7單位閉環(huán)傳遞函數(shù)框圖2.3.系統(tǒng)模擬電路圖圖2-8原系統(tǒng)物理模擬圖三、系統(tǒng)分析3.1.穩(wěn)定性分析閉環(huán)傳遞函數(shù)：特征方程：根據(jù)勞斯判據(jù)：即：求得：即當(dāng)系統(tǒng)才穩(wěn)定。3.2.頻域分析1).求幅值穿越頻率：求得：2).相角裕度：求得：；即系統(tǒng)不穩(wěn)定。3.3.MATLAB繪制原系統(tǒng)bode圖程序如下：s=tf('s');G=70/s/(0.1s+1)/(0.02s+1);margin(G)圖3-1原系統(tǒng)bode圖由圖可知，相角裕度為-3.26，截止頻率為24.1，可以得出原系統(tǒng)結(jié)論：該系統(tǒng)不穩(wěn)定。3.4繪制原系統(tǒng)bode圖〔手繪〕見(jiàn)附錄一四、系統(tǒng)綜合4.1.利用期望指標(biāo)繪制Bode圖 (手繪)見(jiàn)附錄二4.2.確定參考模型(1)期望的開(kāi)環(huán)截止頻率：要求，?。挥桑阂螅?；由：又綜合分析取整數(shù)值為。(2)計(jì)算中頻段寬度：，為得到較寬的頻帶取。(3)計(jì)算各轉(zhuǎn)折頻率：為了簡(jiǎn)化裝置，在高端取系統(tǒng)的固有轉(zhuǎn)折，即：，，在低頻時(shí)可以取。過(guò)作斜率的斜線與固有系統(tǒng)的低頻段相交，可以求得第一銜接點(diǎn)為：得：得：其中：〔為原系統(tǒng)第一個(gè)拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頻率〕校正前后曲線相減作圖求得校正裝置的傳遞函數(shù)：(4)校正后的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)：4.3驗(yàn)算是否滿足性能指標(biāo)(1)相位裕度：(2)諧振峰值：(3)超調(diào)量：(4)調(diào)節(jié)時(shí)間：其中：可知：4.4校正裝置的選取(1)滯后電路圖：圖4-1滯后裝置模擬圖傳遞函數(shù)：對(duì)數(shù)幅頻特性：圖4-2對(duì)數(shù)幅頻特性(2)超前電路圖：圖4-3超前裝置模擬圖傳遞函數(shù)：對(duì)數(shù)幅頻特性：圖4-4對(duì)數(shù)幅頻特性4.5.校正裝置圖4-5校正裝置模擬圖對(duì)數(shù)幅頻特性：圖4-6校正的對(duì)數(shù)幅頻特性4.6.參數(shù)的選擇令：求得：4.7.系統(tǒng)綜合過(guò)程表達(dá)〔Bode圖上〕程序：s=tf('s');G=70*(0.5s+1)/s/(1.75s+1)/(0.028s+1)/(0.02s+1);margin(G)圖4-7五、系統(tǒng)物理模擬圖5.1.原系統(tǒng)模擬圖圖5-1原系統(tǒng)模擬圖5.2.原系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲線使用Simulink仿真：圖5-2原系統(tǒng)Simulink仿真5.3.綜合后系統(tǒng)模擬圖圖5-3校正后模擬圖5.4.綜合后系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線使用MATLAB求階躍響應(yīng)的指標(biāo)并返回值圖5-4單位階躍響應(yīng)返回值在matlab中，通過(guò)輸入階躍