自動(dòng)控制原理 典型系統(tǒng)分析報(bào)告

./222付珣利自動(dòng)化01班位置隨動(dòng)系統(tǒng)：控制系統(tǒng)原理圖〔作業(yè)一〕1.1系統(tǒng)方塊圖1.2控制方案若電網(wǎng)電壓受到波動(dòng),ui↑則δu↑u↑n↑uo↑所以δu↓u↓n↓從而使n達(dá)到穩(wěn)定?！沧鳂I(yè)二〕2.1由原理可知：Θe〔s〕=Θi〔s〕—Θ0〔s〕US〔s〕=K0Θe〔s〕Us〔s〕=Raia<s>+LaSia+Eb〔s〕M<s>=Cia<s>JSθ0<S>+fsθ<S>=M<s>-Mc<s>Eb<s>=Kbθ0<S>2.2系統(tǒng)傳遞函數(shù)==2.3動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖設(shè)定參數(shù)：f=20N,J=20K·m2,=20Ω,La=1H,Ko=40,k1k2k3=100,Cm=1,Kb=0〔因?yàn)闀喝b=0,測(cè)速反饋通道相當(dāng)于沒(méi)加進(jìn)〕圖.動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖則開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為：G<s>=閉環(huán)傳遞函數(shù)：Ψ〔s〕=2.4信號(hào)流圖〔作業(yè)三〕系統(tǒng)性能3.1系統(tǒng)響應(yīng)與動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)單位階躍響應(yīng)曲線：由階躍響應(yīng)曲線可得知：系統(tǒng)是穩(wěn)定的,但震蕩次數(shù)較多。由閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)的概念,S1>>S2可將系統(tǒng)近似處理為：開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)G<s>=,此時(shí)的相對(duì)阻尼系數(shù)ζ=0.5,δ=1.34%,Wn=1,調(diào)節(jié)時(shí)間ts=3.5/Wn=7s,tp=/=3.625,tr=<-β>/Wd=2.417.近似處理后響應(yīng)曲線如下：分析：系統(tǒng)仍然穩(wěn)定,震蕩次數(shù)相對(duì)減小。3.2兩種常用方法校正=1\*GB3①加入測(cè)速反饋〔0.347s+1〕單位階躍響應(yīng)：此時(shí)ζ=0.707為工程上的最佳參數(shù),Wn不變,ts明顯減小,δ%也明顯減小,但是在斜坡輸入響應(yīng)下穩(wěn)態(tài)誤差變大,因?yàn)殚_(kāi)環(huán)放大倍數(shù)變大。=2\*GB3②前向通道加入比例微分〔0.414s+1〕響應(yīng)曲線此時(shí)ζ=0.707為工程上的最佳參數(shù),Wn不變,ts明顯減小,tp也減小,δ%明顯減小,穩(wěn)態(tài)誤差不變。=3\*GB3③比較：有曲線特性分析得到,引入測(cè)速反饋或前向通道加比例微分都將使ζ增大,超調(diào)減小,動(dòng)態(tài)性能變好,同時(shí)不影響Wn,且在適當(dāng)時(shí)候還可取到最佳工作參數(shù)。但測(cè)速會(huì)影響開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)K,從而影響穩(wěn)定誤差,此時(shí)可以同時(shí)調(diào)大比例系數(shù)避免。前向通道加比例微分同樣可提高系統(tǒng)性能,但對(duì)噪聲抑制力變?nèi)?由于加入零點(diǎn),超調(diào)量變大,峰值時(shí)間減少,且隨零點(diǎn)接近原點(diǎn)而影響加劇?！沧鳂I(yè)四〕繪制根軌跡=1\*GB3①開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)G<s>=num=[10];den=[110];rlocus<num,den>由根軌跡可知此系統(tǒng)很是穩(wěn)定。=2\*GB3②引入測(cè)速反饋后：num=[10];den=[14.4710];rlocus<num,den>=3\*GB3③引入比例微分num=[4.1410];den=[110];rlocus<num,den>〔作業(yè)五〕頻域系統(tǒng)性能分析=1\*GB3①繪制Bode圖=1\*romani原系統(tǒng)=2\*romanii引入測(cè)速反饋=3\*romaniii引入比例微分分析：觀察bode圖,可以發(fā)現(xiàn)有測(cè)速反饋的比原系統(tǒng)相角裕度r提高,比例微分r沒(méi)變很大,r越高,諧振峰值Mr越小。低頻段中,加測(cè)速反饋的bode與縱軸交點(diǎn)大概30dB,而其它的均是60dB,說(shuō)明k值受到影響并變小,所以穩(wěn)定誤差會(huì)加大。中頻段原系統(tǒng)斜率為-40dB,校正后由圖中可以觀察到變?yōu)?20dB,穩(wěn)定性提高。=2\*GB3②繪制奈氏曲線=1\*romani原系統(tǒng)=2\*romanii引入測(cè)速反饋=3\*romaniii引入比例微分分析：由奈氏曲線極其數(shù)據(jù)可以看出,首先由奈氏穩(wěn)定判據(jù)知三個(gè)系統(tǒng)均穩(wěn)定,不過(guò)原系統(tǒng)不如引入測(cè)速或比例微分的穩(wěn)定性強(qiáng),再觀察得到,隨著w的增大,加比例微分的A<w>明顯要比測(cè)速的增大的快,與響應(yīng)較快,這是由比例微分中有附加零點(diǎn)而引起的?！沧鳂I(yè)六〕系統(tǒng)校正〔PID法〕創(chuàng)建模擬系統(tǒng),用PID校正。PID參數(shù)選擇：根據(jù)簡(jiǎn)易工程整定法,取P:kp=0.57k,I:0.5Tk,D:0.13Tk創(chuàng)建Matlab中的模擬系統(tǒng)：Subsystem.in1out1如右圖：PID參數(shù)設(shè)定：校正后階躍響應(yīng)曲線：Bode圖：奈氏曲線：分析：1.比起原響應(yīng)曲線,校正后超調(diào)量受到一定控制,震蕩次數(shù)明顯減小,調(diào)節(jié)時(shí)間ts明顯減小,系統(tǒng)仍然是穩(wěn)定的。2.觀察bode圖,可以發(fā)現(xiàn),在低頻段,校正后的系統(tǒng)與縱軸交點(diǎn)大概120dB幾乎是原來(lái)的2倍,因而開(kāi)環(huán)倍數(shù)必定增大,穩(wěn)態(tài)誤差必然降低。中頻段,原來(lái)斜率為-40,現(xiàn)在為-20,明顯穩(wěn)定性提高。截止頻率Wc比原來(lái)提高了,增加了系統(tǒng)的快速性,如圖中紅色注釋,相角裕度r也明顯增大,穩(wěn)定裕度增大,諧振峰值Mr隨之也會(huì)減小,穩(wěn)定性能與動(dòng)態(tài)性能提高。3.奈氏曲線前后相比較,可以發(fā)現(xiàn),校正后系統(tǒng)更加平穩(wěn),而不是像原系統(tǒng)一樣,在某一w處,A<w>突然突增,穩(wěn)定度也越來(lái)越高。〔作業(yè)七〕線性離散系統(tǒng)分析在matlab中的模擬仿真