自動(dòng)控制課程方案多容水箱水位控制系統(tǒng)方案

個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用一、引言自動(dòng)控制原理課程是自動(dòng)化類專業(yè)的核心課程，它涉及到控制系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)參數(shù)的整定等多種問題，包括古典控制理論 ,現(xiàn)代控制理論等。作為電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生，學(xué)好這門課程，對(duì)以后的工作或是進(jìn)一步的深造都有很大的幫助。在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的眾多領(lǐng)域中，自動(dòng)控制技術(shù)起著越來越重要的作用。自動(dòng)控制是指在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設(shè)備或裝置，使機(jī)器，設(shè)備或生產(chǎn)過程的某個(gè)工作狀態(tài)或參數(shù)自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。二、設(shè)計(jì)課題多容水箱水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)單位反饋的多容水箱水位控制系統(tǒng)，其系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為： 錯(cuò)誤 ！未指 定書 簽。 ，用頻域設(shè)計(jì)滯后——超前校正裝置，使校正后系統(tǒng)滿足以下指標(biāo)：?jiǎn)挝恍逼滦盘?hào)作用下速度誤差系數(shù) 。校正后相位裕量 ，時(shí)域性能指標(biāo)：超調(diào)量﹪≤30﹪，調(diào)整時(shí)間 ； 。三、課程設(shè)計(jì)的目的及要求通過課程設(shè)計(jì)，在掌握自動(dòng)控制理論基本原理、一般電學(xué)系統(tǒng)自動(dòng)控制方法的基礎(chǔ)上，用 MATLAB實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的仿真與調(diào)試。要求根據(jù)所學(xué)控制理論知識(shí)<頻率法或根軌跡法）進(jìn)行人工設(shè)計(jì)校正裝置，初步設(shè)計(jì)出校正裝置傳遞函數(shù)形式及參數(shù)。要求在 MATLAB下，用simulink 進(jìn)行狀態(tài)仿真，在計(jì)算機(jī)上對(duì)人工設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真調(diào)個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用試，使其滿足技術(shù)要求；確定校正裝置的電路形式及電路參數(shù)；完成設(shè)計(jì)報(bào)告。四、設(shè)計(jì)過程及步驟（1）設(shè)計(jì)思想在分析設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)用頻域法設(shè)計(jì)滯后——超前校正裝置，其中超前校正部分可以提高系統(tǒng)的相角裕量，同時(shí)使頻帶變寬，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性；滯后校正部分則主要用來提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性。頻率法設(shè)計(jì)校正裝置主要是通過對(duì)數(shù)頻率特性 <Bode圖）來進(jìn)行。開環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性的低頻段決定系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，根據(jù)穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)確定低頻段的斜率和高度。為保證系統(tǒng)具有足夠的穩(wěn)定裕量，開環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性在剪切頻率 附近的斜率應(yīng)為 20 ，而且應(yīng)具有足夠的中頻寬度，為抑制高頻干擾的影響，高頻段應(yīng)盡可能迅速衰減。基于頻率法校正的基本思想是：首先研究怎樣改造原有系統(tǒng)的頻率特性，才能使系統(tǒng)的性能指標(biāo)滿足要求；然后根據(jù)改造原系統(tǒng)頻率特性的要求，確定在原系統(tǒng)中需要附加的校正裝置；最后我們確定校正裝置的電路形式及電路參數(shù)。(2>設(shè)計(jì)過程根據(jù)單位斜坡信號(hào)作用下速度誤差系數(shù) 可以求得 ，所以系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：繪制 值下的系統(tǒng)的Bode圖個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用MATLAB程序?yàn)椋?gt;>num=10。>>f1=[1,0]。f2=[1,1]。f3=[0.25,1]。>>den=conv(f1,conv(f2,f3>>。>>bode(num,den>1.由公式 計(jì)算得未校正系統(tǒng)的剪切頻率，系統(tǒng)未校正時(shí)的相角裕量求得幅值裕量為+8dB得未校正時(shí)系統(tǒng)的頻率為 2 ，校正裝置在此頻率產(chǎn)生一個(gè) -8dB的增益，由以上條件及 ， 可解得校正裝置的參數(shù)選取 所以個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用從圖上可得 ，即超前部分第二個(gè)轉(zhuǎn)折頻率選取 ，得超前部分傳遞函數(shù)為2.為了補(bǔ)償超前校正部分帶來的幅值衰減，可串入一放大器，放大倍數(shù) ；與超前部分同理可以求得滯后部分的第二個(gè)轉(zhuǎn)折頻率為 并選取 =10，則滯后部分的第一個(gè)轉(zhuǎn)折頻率為故滯后部分的傳遞函數(shù)為3.綜合以上內(nèi)容可得滯后——超前校正裝置的傳遞函數(shù)為由此可作出校正后的Bode圖如下所示：MATLAB程序?yàn)椋篺1=[2,1]。f2=[5,1]。num=conv(f1,f2>。f3=[0.2,1]。f4=[50,1]。den=conv(f3,f4>。>>bode(num,den>個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用則校正后的系統(tǒng)的 Bode圖如下所示:MATLAB程序?yàn)椋篺1=[5,1]。f2=[2,1]。num=10*conv(f1,f2>。f3=[1,0]。f4=[1,1]。f5=[0.25,1]。f6=[0.2,1]。f7=[5,10]。den=conv(f3,conv(f4,conv(f5,conv(f6,f7>>>>。bode(num,den>個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用校驗(yàn)校正后系統(tǒng)的相角裕量為 ，時(shí)域性能指標(biāo)的要求：對(duì)超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間要轉(zhuǎn)換到開環(huán)頻率域的性能指標(biāo)因?yàn)橛勺畲蟪{(diào)量 =而=2.64754.126 6s驗(yàn)證校正后的系統(tǒng)是否滿足設(shè)計(jì)的要求 <時(shí)域指標(biāo)與頻域指標(biāo)）很明顯滿足相角裕量條件和時(shí)域指標(biāo)要求。個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用五、用Simulink 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真為進(jìn)一步驗(yàn)證校驗(yàn)后系統(tǒng)的性能，我們用 Simulink 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真系統(tǒng)未校正時(shí)在單位斜坡信號(hào)作用下的響應(yīng)曲線MATLAB程序?yàn)椋?gt;>%G0(s>Unit-RampResponse%num1=10。den1=[0.25,1.25,1,10,0,0]。t=0:0.1:20。[y1,z1,t]=step(num1,den1,t>。plot(t,y1,'-'>。grid個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用2系統(tǒng)校正后在單位斜坡信號(hào)作用下的響應(yīng)曲線 :MATLAB程序?yàn)椋?Gc(s>G0(s>Unit-RampResponse%num2=conv([2.,1],[5,1]>。den2=conv([1,0],conv([1,0],conv([1,1],conv([0.25,1],conv([0.2,1],[50,1]>>>>>。t=0:0.1:20。[y2,z2,t]=step(num2,den2,t>。plot(t,y2,'-'>。grid個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用由以上兩圖比較可得，校正后系統(tǒng)的穩(wěn)定性變好，單位斜波信號(hào)響應(yīng)曲線緩慢上升，平滑過渡，達(dá)到了預(yù)期的校正目的六、校正電路的電路形式及電路參數(shù)滯后——超前校正裝置的傳遞函數(shù)為又因?yàn)橛蓪?duì)應(yīng)關(guān)系可求得： = = = =則滯后——超前的電路圖如下個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用七、總結(jié)及心得體會(huì)對(duì)不穩(wěn)定系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)整使其達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)必須綜合考慮系統(tǒng)穩(wěn)定性，穩(wěn)態(tài)精度和動(dòng)態(tài)過程的相互制約和平衡關(guān)系，根據(jù)具體工作環(huán)境有所側(cè)重，努力達(dá)到最佳設(shè)計(jì)效果，滿足工業(yè)環(huán)境中對(duì)自動(dòng)控制裝置的性能要求。經(jīng)過將近一周的收集整理材料，終于完成了這個(gè)課程設(shè)計(jì)，期間雖然遇到了許多困難，但得到了諸多同學(xué)的幫助，在這里要向他們道一聲謝謝。課程設(shè)計(jì)是實(shí)踐課的一種，在很大程度上實(shí)現(xiàn)了動(dòng)手與動(dòng)腦。通過此次自動(dòng)控制原理課程設(shè)計(jì)，使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。但在設(shè)計(jì)過中程因?yàn)槟芰τ邢?，許多細(xì)節(jié)問題可能還沒有提到，我也知道要真正的掌握好還需要今后更多的學(xué)習(xí)，