I型二階系統(tǒng)的典型分析與綜合設計.doc

此文檔收集于網絡，如有侵權，請聯系網站刪除成績 _自動控制原理 課程設計報告 題 目系 別 專業(yè)名稱 班 級 學 號 姓 名 指導教師 精品文檔目 錄目錄第一章. 系統(tǒng)概述41.1設計目的41.2.系統(tǒng)原理簡述41.3.設計指標51.4基本要求5第二章. 系統(tǒng)建模52.1. 各環(huán)節(jié)建模型52.2.系統(tǒng)模型72.3. 簡化結構框圖8第三章. 系統(tǒng)分析83.1判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性83.2 精度分析93.3 動態(tài)分析9第四章. 系統(tǒng)綜合設計114.1 綜合設計方案11第五章. 系統(tǒng)物理模擬圖155.1 原系統(tǒng)的模擬圖155.2速度反饋環(huán)節(jié)的模擬155.3 校正后系統(tǒng)模擬圖16總結17參考文獻17摘要根據被控對象及給定的技術指標要求，設計自動控制系統(tǒng)，既要保證所設計的系統(tǒng)有良好的性能，滿足給定技術指標的要求，還要考慮方案的可靠性和經濟性。由系統(tǒng)物理結構圖建立數學模型，通過對系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能的分析，其均不滿足給定技術指標，主要采用了串聯滯后校正。在對系統(tǒng)進行校正時，采用了基于根軌跡的串聯滯后校正，對系統(tǒng)校正前后的性能進行了分析和比較，并用VISIO軟件繪制系統(tǒng)物理模擬圖和結構框圖，以及用MATLAB軟件進行仿真和計算。確定了校正環(huán)節(jié)的傳遞函數，根據所確定的傳遞函數，計算物理模擬圖的參數，最后確定了系統(tǒng)的物理模擬圖。Based on the technical requirements of controlled object and given, the design of automatic control system, not only to ensure that the system has good performance, satisfying the technical requirements, but also consider the economic and reliability program. The mathematical model of physical structure of the system, through the analysis of the steady state and dynamic performance of the system, which does not satisfy the given specifications, mainly adopts a series of lag correction.In the system to make the correction, using the root locus lag correction based on the performance of the system before and after correction, are analyzed and compared, and draw the system physical simulation diagram and structure diagram by using Visio software, and the simulation and calculation using MATLAB software. To determine the transfer function correction part, according to the transfer function is determined by the parameters of calculation diagram, physical simulation, the simulation system of physical.關鍵字: 校正 VISIO MATLAB第一章. 系統(tǒng)概述1.1設計目的自動控制原理課程實際是該課程的一個重要教學環(huán)節(jié)，它既有別與畢業(yè)設計，更不同于教堂教學。它主要是培養(yǎng)學生統(tǒng)籌運用自動控制原理課程中所學的理論知識，掌握反饋控制系統(tǒng)的基本理論和基本方法，對工程實際系統(tǒng)進行完整的全面分析和綜合。1.2.系統(tǒng)原理簡述 系統(tǒng)通過比例環(huán)節(jié)，存積分環(huán)節(jié)，慣性環(huán)節(jié)，實現I階二型系統(tǒng)，以典型的單位反饋系統(tǒng)來分析二階系統(tǒng)的單位階躍響應。系統(tǒng)的響應取決于閉環(huán)系統(tǒng)特征方程式的根，即閉環(huán)極點。求解二階系統(tǒng)的問題有二種類型，1)正面問題，給出傳遞函數，求性能指標。與標準式相對比，求出 ， ，而后代入性能指標公式計算性能指標。2)反面問題，給定性能指標，求系統(tǒng)參數（如系統(tǒng)增益K，環(huán)節(jié)時間常數 ）根據給定的傳遞函數與標準型式對比，找出參數與 ， 的關系。其次依據給定的性能指標應用性能指標公式，計算出 ， 的值。依據參數與 ， 的關系計算出參數 1.3.設計指標設定：r（t）=a+bt，（其中：a=5 b=4）在保證靜態(tài)指標Kv=5（ess0.8）的前提下，要求動態(tài)期望指標：p % 8.5%; ts 2 sec;1.4基本要求1 建立系統(tǒng)數學模型傳遞函數；2 利用頻率特性法（或根軌跡方法）分析系統(tǒng)；3 利用頻率特性法（或根軌跡方法）綜合系統(tǒng)；4 完成系統(tǒng)綜合前后的有源物理模擬（驗證）實驗；5 完成系統(tǒng)綜合前后的計算機仿真（驗證）實驗。第二章. 系統(tǒng)建模2.1. 各環(huán)節(jié)建模型（環(huán)節(jié)結構圖，輸入輸出，傳遞函數）。系統(tǒng)為有源輸入網絡，課分為三個環(huán)節(jié)。. 比例環(huán)節(jié)系統(tǒng)結構如下圖（1），結構框圖如圖（2），傳遞函數G1=-K=-=K1 圖（1） 圖（2）（2） 純積分環(huán)節(jié)系統(tǒng)結構如下圖（3），結構框圖如圖（4）G2（s）=-=-=-=-=- 圖（3） 圖（4） （3） 慣性環(huán)節(jié)系統(tǒng)結構如下圖（5），結構框圖如圖（6） 圖5 圖6G3（s）=-=-=-2.2.系統(tǒng)模型G0（s）=G1(S)G2(S)G3(S)G0（s)=G(S)= 如下圖（7）整個系統(tǒng)結構圖 圖（8）為系統(tǒng)框圖結構 圖7 圖82.3. 簡化結構框圖，代人參數?？傻萌鐖D9 圖9第三章. 系統(tǒng)分析簡化系統(tǒng)后，系統(tǒng)等價數模： G0(s)=3.1判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性：穩(wěn)定是首要條件。（按照基本知識，阻尼系數存在，即0，且一次項系數不等于0，則可判斷系統(tǒng)穩(wěn)定）。系統(tǒng)特征方程為: S2+2S+KP=0該系統(tǒng)倆個極點都分布于S平面左半部分，可判定該系統(tǒng)穩(wěn)定。3.2 精度分析： 該系統(tǒng)為I型二階系統(tǒng)，輸入為斜坡輸入。（1） 跟隨能力：I型二階系統(tǒng)在斜坡輸入作用下課完全跟隨階躍信 號，也可跟隨速度信號，但存在一個穩(wěn)定誤差。（2）穩(wěn)定誤差：ess 系統(tǒng)參考輸入為斜坡函數，r（t）=a+bt。則系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤 差為 ess=esp+esv esp=0 esv=又 K0= ess=esv= 要使ess0.8，則Kp10；3.3 動態(tài)分析（1） 運用根軌跡法系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數為 G0（s）=系統(tǒng)零點Z1,2:, 極點：S1 =0, S2=-2G0(S)分母階次為n，分子階次為m因為n-m=22.則系統(tǒng)閉環(huán)極點之和等于開環(huán)極點之和。 S重心=-1實軸坐標為-1，極點重心不變。根軌跡如下圖10 圖10（2） 分析 Kp：0 KA 倆根均在實軸； KP:KA 二階欠阻尼系統(tǒng);選取KP的值，特征方程 S2+2S+KP=0在A點：SA=S1,2=-1j=-wnjwn =1 =0.707 0%=e-100%=4.3%滿足p % 8.5%。 =1Ts=（34）=（34） sec 不滿足ts2 sec的條件另選取一個KP 值。 在B點SB=S1,2=-13j=-wnj3wn =3=3 =0.316 0%=e-100%= 6.8% 滿足 p % 8.5% 的條件 。 ts=（34）=（34） sec不滿足ts2 sec的條件。說明：該系統(tǒng)通過調整K1，可改變0%，求出最優(yōu)，但不能滿足快速性ts。第四章. 系統(tǒng)綜合設計4.1 綜合設計方案：通過前面的分析可知，原系統(tǒng)滿足期望指標 p%8.5%。關鍵是ts，要提高系統(tǒng)響應速度，則須采用 速度反饋。 改進之后的系統(tǒng)結構框圖如圖11所示。可簡化為圖12.圖11圖12取KP等于10，則GOt(S)=D(S)=1+GOC(S)=0D(S)=1+, G0(s)= 圖13可知，2，則ts=（34）=1.52 sec則校正原系統(tǒng)： 可得G0(S)=則有G0(S)=繪制-參數根軌跡：零點：0，。 極點坐標:(-1+j3),(-1-j3)則期望根軌跡根軌跡如圖14 圖14由圖，通過計算：x=198.50 x*=-198.50 p% 8.5% ， ts2 sec p%=e- 100%= 8 % 可得0.63在圖14上做等分線： 因為 S1,2=-wnjwn所以=1.23=等分線與根軌跡交點：SA1.A2=-2j2.45 =-wnjwn得ts=（34）=（1.52 ）sec確定滿足指標，速度反饋D0(S)=S2+2S+10+10S=0; S2+(2+10)S+10=0;S1.2= =-2j2.45所以-（1+5）=-2 =0.2第五章. 系統(tǒng)物理模擬圖5.1 原系統(tǒng)的模擬圖.（帶入數據）如圖15 圖155.2速度反饋環(huán)節(jié)的模擬。如圖16 圖165.3 校正后系統(tǒng)模擬圖。圖17 圖17總結通過這次設計，使我認識到了理論和實際的差距，通過查閱和分析資料，了解了一型二階系統(tǒng)的工作原