電氣自動化專業(yè)自動控制課程設(shè)計(jì)

PAGE11成績評定：自動控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)課題名稱單位負(fù)反饋系統(tǒng)的校正設(shè)計(jì)專業(yè)電氣自動化班級學(xué)號39姓名所在院系電子工程學(xué)院完成日期12月01日目錄TOC\o"1-2"\u一、設(shè)計(jì)目的 3二、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 32.1設(shè)計(jì)任務(wù) 32.2設(shè)計(jì)要求 3三、設(shè)計(jì)方法步驟及設(shè)計(jì)校正構(gòu)圖 33.1校正前系統(tǒng)分析 33.2校正方法 63.3校正裝置 63.4校正后系統(tǒng)分析 7四、課程設(shè)計(jì)小結(jié)與體會 10五、參考文獻(xiàn) 11一、設(shè)計(jì)目的掌握控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與校正方法、步驟。掌握對系統(tǒng)相角裕度、穩(wěn)態(tài)誤差和穿越頻率以及動態(tài)特性分析。掌握利用MATLAB對控制理論內(nèi)容進(jìn)行分析和研究的技能。提高分析問題解決問題的能力。二、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求2.1設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：用相應(yīng)的頻率域校正方法對系統(tǒng)進(jìn)行校正設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)滿足如下動態(tài)和靜態(tài)性能：相角裕度 ；系統(tǒng)的速度誤差系數(shù)；2.2設(shè)計(jì)要求分析設(shè)計(jì)要求，說明校正的設(shè)計(jì)思路（超前校正，滯后校正或滯后－超前校正。詳細(xì)設(shè)計(jì)（包括的圖形有：校正結(jié)構(gòu)圖，校正前系統(tǒng)的Bode圖，校正裝置的Bode圖，校正后系統(tǒng)的Bode圖）。用MATLAB編程代碼及運(yùn)行結(jié)果（包括圖形、運(yùn)算結(jié)果）。校正前后系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)圖。三、設(shè)計(jì)方法步驟及設(shè)計(jì)校正構(gòu)圖3.1校正前系統(tǒng)分析校正前系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：校正要求:;，由此可知k=8;所以系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為首先利用MATLAB中的simulink命令畫出校正前結(jié)構(gòu)圖:單位階躍響應(yīng)分析先求出其閉環(huán)傳遞函數(shù)；在MATLAB中編寫如下程序：num=[8];den[0.02，0.3，1，8];g=tf(num,den);title(‘單位階躍響應(yīng)圖’)；step(g);grid運(yùn)行后：由上圖可以看出，系統(tǒng)在階躍輸入下還是可以穩(wěn)定輸出的，但是開始時振蕩比較大，超調(diào)量也比較大，系統(tǒng)的動態(tài)性能不佳。利用MATLAB繪畫未校正系統(tǒng)的bode圖在MATLAB中編寫如下程序：num=[8];den=[0.020.310];g=tf(num,den);title('校正前的bode圖');bode(g);grid;[gm,pm,wcg,wcp]=margin(num,den)運(yùn)行后得gm=1.8750pm=18.0777wcg=7.0711wcp=5.0347校正前bode圖由上圖可知，相角欲度，截止頻率w=5.0347，幅值欲度為無窮大。顯然，此時系統(tǒng)的相角裕度不符合要求，故該系統(tǒng)需要校正。由于校正前系統(tǒng)已有一定的相角欲度，因此可以考慮引入串聯(lián)超前校正裝置以滿足相角欲度的要求。3.2校正方法根據(jù)系統(tǒng)的性能，決定采用串聯(lián)超前校正，輸入以下程序：num=[8];den=[0.020.310];g=tf(num,den);[gm,pm,wcg,wcp]=margin(num,den);dpm=35-pm+12;phi=dpm*pi/180;a=(1+sin(phi))/(1-sin(phi));mm=-10*log10(a);[mu,pu,w]=bode(num,den);mu_db=8*log10(mu);wc=spline(mu_db,w,mm);T=1/(wc*sqrt(a));p=a*T;nk=[p,1];dk=[T,1];gc=tf(nk,dk)運(yùn)行后可以從命令窗口中得到校正裝置的傳遞函數(shù)為：Transferfunction:0.1736s+10.06043s+1則校正裝置傳遞函數(shù)：3.3校正裝置校正裝置結(jié)構(gòu)圖如下：利用MATLAB繪畫校正裝置的bode圖程序如下：num=[0.1736,1];den=[0.06043,1];g=tf(num,den);title('校正裝置的bode圖');bode(g);grid校正裝置Bode圖如下：校正裝置Bode圖3.4校正后系統(tǒng)分析經(jīng)超前校正后，系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為：校正后結(jié)構(gòu)圖：利用MATLAB繪畫系統(tǒng)校正后的bode圖在上面超前校正程序的基礎(chǔ)上加上以下程序：h=tf(num,den);h1=tf(nk,dk);s=h*h1;bode(s);grid;[gml,pml,wcgl,wcpl]=margin(s)運(yùn)行后得：gml=3.3587pml=35.2840wcgl=12.1894wcpl=5.9723校正后系統(tǒng)的bode圖：由上圖可知，相角裕度，截止頻率w=5.9723。幅值欲度為無窮大，各項(xiàng)指標(biāo)基本滿足設(shè)計(jì)要求。利用MATLAB繪畫系統(tǒng)校正前后的單位階躍響應(yīng)圖程序。在MATLAB中編寫如下程序：num1=[8];den1=[0.02,0.3,1,8];num2=[1.3888,8];den2=[0.00121,0.03813,0.36043,1,0];[numf,denf]=cloop(num2,den2);g1=tf(num1,den1);g2=tf(numf,denf);t=0:0.01:5;y1=step(g1,t);y2=step(g2,t);plot(t,y1,'--',t,y2);gridxlabel('t');ylabel('c(t)');title('校正前后單位階躍響應(yīng)對比圖');text(0.8,1.4,'校正前');text(1.2,1,'校正后');系統(tǒng)校正前后的單位階躍響應(yīng)對比圖。由上圖可知，校正之后的階躍響應(yīng)曲線調(diào)節(jié)時間、上升時間穩(wěn)態(tài)誤差都明顯減少，性能更好。四、課程設(shè)計(jì)小結(jié)與體會通過此次課程設(shè)計(jì)的練習(xí)，讓我更深刻的了解了自動控制系統(tǒng)的基本知識，尤其對控制系統(tǒng)的時域、頻域及根軌跡的分析方法有更深一步的了解，并且進(jìn)一步認(rèn)識到工程設(shè)計(jì)時與實(shí)際相聯(lián)系的重要性。一個控制系統(tǒng)初始時往往不能滿足給定的性能指標(biāo)要求，要通過調(diào)整參數(shù)或增加新的附加裝置才能改善系統(tǒng)的性能，這就要用到我們所學(xué)的系統(tǒng)校正。還有此次課程設(shè)計(jì)讓我覺得自動控制與MATLAB編程聯(lián)系比較緊密，學(xué)好MATLAB程序語言才能更好的進(jìn)行自動控制的研究。另外，做設(shè)計(jì)時信息十分重要，我運(yùn)用文件檢索工具查閱了大量的相關(guān)資料，這對設(shè)計(jì)大有益處。本次課程設(shè)計(jì)為對我將來的畢業(yè)設(shè)計(jì)和工作需要打下了扎實(shí)的基礎(chǔ)。同時，通過這次期末的課