置位隨動(dòng)系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)自動(dòng)控制原理課程設(shè)計(jì)-畢業(yè)設(shè)計(jì)

⑤2.4、系統(tǒng)開(kāi)環(huán)及其閉環(huán)傳遞函數(shù)的計(jì)算由系統(tǒng)機(jī)構(gòu)圖可寫(xiě)出開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)。根據(jù)計(jì)算和簡(jiǎn)化可得到系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)。也可以根據(jù)梅遜增益公式，利用信號(hào)流圖來(lái)計(jì)算其開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)，在這里就不分別介紹其求法了。因此，求得系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)如下所示：=/[+(1+)](1-12)根據(jù)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)與閉環(huán)傳遞函數(shù)的關(guān)系，可以通過(guò)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)求得閉環(huán)傳遞函數(shù)。求得位置隨動(dòng)系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)如下：=/[1+]=/[+(1+)+](1-13)題中所給的各項(xiàng)參數(shù)為：放大器增益為Ka=15，電橋增益,測(cè)速電機(jī)增益=2，Ra=7Ω,La=10mH,J=0.005kg.m/s2,JL=0.03kg.m/s2,fL=0.08,Ce=1,Cm=3，f=0.1,=0.2,i=0.02,將參數(shù)帶入到（1-12）、（1-13）分別得到：=(15*6*0.84*50)/[0.059+26.28s]≈3792/（0.059+26.28s）(1-14)=3792/(0.059+26.28s+3792)(1-15)三、系統(tǒng)分析：3.1利用頻率特性法分析系統(tǒng)：根據(jù)要求的穩(wěn)態(tài)品質(zhì)指標(biāo)，求系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增量：速度信號(hào)（t)=10+5t,拉氏變換r（s）=+系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差0.3則=0.3，所以193.2系統(tǒng)性能的分析由=可知,則靜態(tài)指標(biāo)其輸入函數(shù)為，又因?yàn)樵撓到y(tǒng)為一型二階系統(tǒng)，所以該系統(tǒng)可以完全跟隨階躍信號(hào)，而可以跟隨速度信號(hào)但有恒值誤差，則而；用終值定理可知；=0+b/綜上所述；所以0.3動(dòng)態(tài)期望指標(biāo)：，；由列出方程組：由方程組解出：所以而，所以不滿足要求，該閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。再由及可以計(jì)算出<62rad/sec；四、系統(tǒng)綜合4.1利用期望指標(biāo)繪制Bode圖(用matlab仿真）圖1-9系統(tǒng)bode圖開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)相角裕度增益裕度仿真程序：num=3792den=[0.059,26.28,0]sys=tf(num,den)[mag,phase,w]=bode(num,den)[gm,pm,wcg,wcp]=margin(mag,phase,w)margin(sys)由圖可知：校正前，截止頻率=138red/sec；相角裕度=72.8o；幅值裕度h=。調(diào)節(jié)指標(biāo)：設(shè)定：輸入為r(t)=10+5t在保證靜態(tài)指標(biāo)（ess≤0.3）的前提下，要求動(dòng)態(tài)期望指標(biāo)：<62,>79o；4.2設(shè)計(jì)校正規(guī)律和校正裝置（電路圖、裝置參數(shù)）4.2.1目的：使系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)截止頻率降低76rad/sec，同時(shí)讓也盡可能的增大。4.2.2利用滯后網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行串聯(lián)校正的基本原理利用滯后網(wǎng)絡(luò)的高頻復(fù)制衰減特性，可以使已校正系統(tǒng)的截止頻率下降。串聯(lián)校正結(jié)構(gòu)圖：圖1-10校正結(jié)構(gòu)圖其中，各元件依次為、、c滯后校正網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)形式為：（1-16）令T=C,b=則滯后校正網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)形式變?yōu)椋?(1-17)4.2.3滯后網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)計(jì)算步驟如下：因?yàn)槲葱Ｕ到y(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為：=3792/（0.059+26.28s）=90°-arctan其中，=72.8o+10o=82.8o;取=求得：=84.2rad/s又根據(jù)得出b=0.43T=0.56滯后網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)：（1-18）所以，校正后的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為：==（1-19）4.2.4對(duì)校正后的系統(tǒng)進(jìn)行Matlab仿真圖1-11校正后的bode圖仿真程序num=[910.08,3792]den=[0.033,14.78,26.28,0]sys=tf(num,den)[mag,phase,w]=bode(num,den)[gm,pm,wcg,wcp]=margin(mag,phase,w)margin(sys)根據(jù)波特圖，知截止頻率=61.4red/sec；相角裕度=79.9o；幅值裕度2.88。3對(duì)校正前后裝置進(jìn)行比較校正前，截止頻率=138red/sec；相角裕度=72.8o；幅值裕度2.88。對(duì)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)進(jìn)行串聯(lián)滯后校正，減小未校正系統(tǒng)中的中、高頻幅值，以降低系統(tǒng)截止頻率，從而提高相角裕度。故得到校正后，截止頻率=61.4red/sec；相角裕度=79.9o；幅值裕度h=2.88。校正后，系統(tǒng)的截止頻率降低近76red/sec，同時(shí)相角裕度提高近十度，穩(wěn)定性變得更好。五、系統(tǒng)物理模擬圖5.1原系統(tǒng)模擬圖圖1-12原系統(tǒng)模擬圖5.2校正后模擬圖圖1-13校正后物理模擬圖5.3綜合后系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線（使用MATLAB仿真）圖1-14階躍響應(yīng)圖編寫(xiě)程序代碼如下num=[910.08,3792];den=[0.033,14.78,26.28,0];G=tf(num,den);Step(G,5)Grid應(yīng)用matlab軟件，可以繪制出系統(tǒng)的階躍響應(yīng)圖如下：六、設(shè)計(jì)小結(jié)這次自動(dòng)控制原理課程設(shè)計(jì)為期一周半，而且又趕在期末時(shí)期，所以我們?cè)诿χ稣n程設(shè)計(jì)的同時(shí)為了能夠不掛科又不得不復(fù)習(xí)一下，所以總的來(lái)說(shuō)是感覺(jué)時(shí)間十分緊。整個(gè)課程設(shè)計(jì)分為五個(gè)部分，系統(tǒng)說(shuō)明、系統(tǒng)建模、系統(tǒng)分析、系統(tǒng)綜合以及系統(tǒng)物理模擬圖。每一部分的完成，都需要我們下一番功夫。在隨動(dòng)系統(tǒng)的建模上，經(jīng)過(guò)討論，分析，仿真。找出了符合要求的隨動(dòng)系統(tǒng)模型。同時(shí)根據(jù)課設(shè)的初始條件，選擇參數(shù)，計(jì)算傳遞函數(shù)。在模型建立好，參數(shù)選擇合適的前提下，傳遞函數(shù)的計(jì)算還是比較簡(jiǎn)單。在設(shè)計(jì)校正裝置，根據(jù)題目的要求，求出合理的校正網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)。由于計(jì)算的誤差，離理論值多少都有些偏差。不過(guò)還好的是基本符合要求。然后就是校正前后的性能比較。學(xué)會(huì)有仿真軟件又是我要掌握的一項(xiàng)。在經(jīng)過(guò)學(xué)習(xí)，請(qǐng)教后，我能輕松的畫(huà)出自己想要的圖形?？粗罱K的成果，還是覺(jué)得受益匪淺的。最后就是文字的排版，這次設(shè)計(jì)排版看著是最輕松的工序，但其實(shí)也一點(diǎn)就不輕松。因?yàn)椴粌H僅我們有很多的文字性東西要敘述，中間還夾雜了很多其他的公式。而公式又必須得用公式編輯器來(lái)慢慢的一個(gè)一個(gè)輸入，公式數(shù)完了，然后又有的簡(jiǎn)單圖形需要用電腦畫(huà)出來(lái)，總的來(lái)說(shuō)，這些都是些仔細(xì)活，需靜下心來(lái)慢慢做。說(shuō)實(shí)話，有時(shí)做久了，心了真的很煩躁，但最后看見(jiàn)了自己的勞動(dòng)成果顯現(xiàn)在自己眼前的時(shí)候，先前的那種無(wú)賴、毛躁即刻不見(jiàn)，換而取代的是一種小有成就幸福感……總之這次課程設(shè)計(jì)，讓我收獲了很多，不僅僅是熟悉了一下書(shū)本知識(shí)，更讓我明白了堅(jiān)持、認(rèn)真的重要性。也讓我有機(jī)會(huì)將課堂上所學(xué)的理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際中。并通過(guò)對(duì)知識(shí)的綜合利用，進(jìn)行必要的分析，比較。從而進(jìn)一步驗(yàn)證了所學(xué)的理論知識(shí)。同時(shí)，