《自动控制原理》课程设计-转子绕线机控制系统的滞后校正设计.doc

武汉理工大学自动控制原理课程设计说明书课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位： 题 目: 转子绕线机控制系统的滞后校正设计。 初始条件：已知转子绕线机控制系统的开环传递函数是要求系统的静态速度误差系数，相角裕度。要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）（1） MATLAB作出满足初始条件的最小K值的系统伯德图，计算系统的幅值裕度和相位裕度。（2） 前向通路中插入一相位滞后校正，确定校正网络的传递函数。（3） 用MATLAB画出未校正和已校正系统的根轨迹。（4） 课程设计说明书中要求写清楚计算分析的过程，列出MATLAB程序和MATLAB输出。说明书的格式按照教务处标准书写。时间安排： 任务时间（天）指导老师下达任务书，审题、查阅相关资料1分析、计算3编写程序2撰写报告1.5论文答辩1.5指导教师签名： 年 月 日 系主任（或责任教师）签名： 年 月 日目 录摘要.11.设计目的、要求及原理.2 1.1 设计目的.2 1.2 设计要求.2 1.3 设计原理.22. 设计分析与计算.32.1最小K值的系统频域分析.32.2滞后校正函数计算.43. 用MATLAB画校正前后的轨迹.73.1校正前的根轨迹.73.2校正后的根轨迹.84. 用MATLAB对校正前后的系统进行仿真分析.10 4.1校正前系统.104.2校正后系统.11心得体会.14致谢.14参考文献.15武汉理工大学自动控制原理课程设计说明书摘 要自动控制技术是生产过程中的关键技术，也是许多高新技术产品中的核心技术。自动控制技术已广泛应用于制造业、农业、交通、航空及航天等众多产业部门，极大地提高了社会劳动生产率，改善了人们的劳动条件，丰富和提高了人民的生活水平。在今天的社会生活中，自动化装置无所不在，为人类文明进步做出了重要贡献，因此，自动控制原理是自动化类专业的主要技术基础课之一。在控制技术需求推动下，控制理论本身也取得了显著进步。从线性近似到非线性系统的研究取得了新的成就，借助微分几何的固有非线性框架来研究非线性系统的控制，已成为目前重要研究方向之一。为了实现各种复杂的控制任务首先要将被控制对象和控制装置按照一定的方式连接起来，组成一个有机整体，这就是自动控制系统。MATLAB目前已发展成为由MATLAB语言、MATLAB 工作环境、MATLAB 图形处理系统、MATLAB 数学函数库和MATLAB 应用程序接口五大部分组成的集数值计算、图形处理、程序开发为一体的功能强大的系统,这次课设用到的主要软件就是MATLAB，用MATLAB软件处理校正前后的图形。关键字：自动控制技术、系统分析、MATLAB、校正转子绕线机控制系统的滞后校正设计1 设计目的、要求及原理1.1 设计目的 通过增加一个滞后校正装置，确定其最适合参数来改变系统性能。1.2 设计要求 要求系统的静态速度误差系数，相位裕度。1.3 设计原理串联滞后校正是利用滞后网络或 PID 控制器进行串联校正的基本原理，利用其具有负相移和负幅值的特斜率的特点，幅值的压缩使得有可能调大开环增益，从而提高稳定精度，也能提高系统的稳定裕度。在系统响应速度要求不高而抑制噪声电平性能要求较高的情况下，可以考虑采用串联滞后校正。此外，如果待校正系统已具备满意的动态性能，仅稳态性能不能满足指标要求，也可以采用串联滞后校正以提高系统的稳态精度，同时保持其动态性能仍然满足性能指标要求。 滞后校正装置的传递函数为: 它提供一个负实轴上的零点和一个负实轴上的极点。零、极点之间的距离由 b 值决定。 由于 b 0 i=i-1 if y(i)=y1|y(i)=y2;m=i;break endendts=(m-1)*0.01title(step response)Grid %绘制网络如图所示。图7 校正前单位阶跃响应曲线图系统不稳定，性能指标无意义4.2校正后系统系统校正后的开环传递函数为： 单位负反馈闭环传递函数为 (6)使用MATLAB求校正后系统单位阶跃响应的性能指标代，代码如下：num=500*10.92,1 %系统传递函数分子多项式den=116.8,1753,5855,5510,500 %系统传递函数分母多项式s1=tf(K*n1,d1); %定义s1函数Lsys=tf(num,den); %定义Lsys函数y,t,x=step(Lsys);plot(t,y) 然后使用matlab中的LTI Viewer工具，在MATLAB提示符后,输入ltiview，即可启动该图形软件。从File的下拉菜单中选中import选项选择需要仿真的系统。选择窗口中的Lsys系统，并用鼠标点击OK。在画面中点击鼠标右键，选择“Characteristics”选项，再选择“Peak Time”项可得阶跃响应曲线中的峰值时间。在画面中点击鼠标右键，选择“Characteristics”选项，再选择“Settling Time”、“Rise Time”、“Steady State”选项可得阶跃响应曲线中的调节时间，上升时间,稳态值。 通过点击“Edit”菜单，在弹出的下拉菜单中选择“Viewer Preferences”项，设定阶跃应的上升时间范围为最终稳态值的090%，调节时间的误差带为2%。图8 校正后的单位阶跃响应曲线阶跃响应系能指标：上升时间tr = 1.75s 峰值时间tp =4.34s 调节时间ts =17.7s 峰值幅值h（tp）=1.07 稳态值 h()= 1 超调量 心得体会 在整个课设学习的过程中，通过查询相关资料，同学们相互之间交流，学到了很多课堂上学习不到的知识。同时使我认识到平时所学知识的重要性、必要性、实用性，增强了学习知识的兴趣、欲望。 MATLAB这软件在之前的基础强化训练中有接触过，但是之前做的是电路分析。学习自动控制原理这门课的时候，也有少量接触过，但是这次单独的课程设计让我真正有了自己去设计的感觉，只给一个不完善的系统，通过分析，充分应用MATLAB来改善其性能。其中用的最多的就是频域分析和根轨迹分析，而且通过比较，我能充分感受到MATLAB软件的强大及便捷。这次课设并不是很难，用到的知识在自动控制原理中基本都提到，所以对于我自身来说，难度不大，但是我个人觉得，我应该利用这次机会更深入了解MATLAB软件以及其常用应用指令；另外，针对自动控制系统的分析，我应该从更高程度去理解系统分析的意义及常用方法，这对于自动化专业的学生来说，应该是打好基础的过程，应该充分重视。总之，通过这次实用性的课程设计，使我对MATLAB的功能有了更深的认识，为我以后做课程设计积累了经验，并锻炼了我的自主学习和独立思考，融汇各学科知识的能力，也让我体会到了将来走上工作岗位工作的不容易，所以我一定要更加努力地学习理论知识，以及增强我的动手能力，为将来打下基础。致谢 自控课设结束了，在此，我要衷心感谢XX老师对我的指导和教诲，还有我的同学们对我的热心帮助。没有你们的帮助，我不会这么快的理解和解决滞后校正的设计，所以在此表示衷心的感谢。感谢老师您课前的耐心指导，建议老师在以后的强化训练中有更多的交流，能进行所需软件使用的讲解，这更能激发我们的兴趣。参考文献1 王万良.自动控制原理M.北京：高等教育出版社，2008.2 胡寿松.自动控制原理M.北京：第五版，科学出版社，2007.3 黄坚.自动控制原理及其应用M.北京：高等教育出版社，2009.4 赵景波.MATLAB控制系统仿真与设计M.北京：机械工业出版社，2010.5 黄忠霖.控制系统MATLAB计算及仿真实训M.北京：国防工业出版社，2006.本科生课程设计成绩评定表姓 名何金盛性 别男专业、班级自动化0906班课程设计题目：转子绕线机控制系统的滞后校正设计课程设计答辩或质疑记录：成绩评定依据：评