自控课设(华中科大 电气学院).doc

自动控制理论课程设计电气学科大类 级自动控制理论课程设计报告姓名：班级：学号：院系：电气与电子工程学院目录一、 设计任务及要求3二、 方案选择论证31. 系统建模32. 方案论证5三、 参数设计过程及步骤51. 运用Bode图的辅助设计52. Simulink搭建mdl仿真模型，进行验证与完善9四、 结果分析12五、 设计小结13六、 附录(程序)14自动控制理论课程设计报告一、 设计任务及要求对以下5马力他励直流电动机进行转速负反馈控制。转速闭环控制器的输入为转速偏差，输出为施加于电机上的电枢电压。指令转速设定为电机理想空载转速235rad/s。要求达到以下目标1. 系统对阶跃型转速指令无静差；2. 开环系统增益穿越频率为1015rad/s；3. 相角裕度60；4. 空载启动、转速爬升到指令值90%的时间60选择了超前校正。超前校正的一般形式为，其中，相位提高的最大角度设为，则，相位提高最大是的角频率，由于要提高的相位角并不是很高，取，为使增益穿越频率达到要求取m=12.5rad/s，则T=0.0566。将加入系统后得到的Bode图如图3.1.5所示图3.1.5加入超前校正后的Bode图由图3.5知系统的增益穿越频率gc=13.4rad/s，相角裕度PM=70.8满足设计要求。故最终得到的控制器为2. 用Simulink搭建mdl仿真模型，进行验证与完善搭建Simulink模型如图3.2.1所示图3.2.1加入控制器后系统的方框图加入阶跃型输入得到的仿真结果如图3.2.2所示图3.2.2系统的阶跃响应由图3.2.2可知系统空载启动、转速爬升到指令值90%的时间0.5s。空载启动时的电流波形如图3.2.3所示图3.2.3空载启动时的电流波形额定全压直接启动时的电流波形如图3.2.4所示图3.2.4额定全压直接启动时的电流波形比较图3.2.3和图3.2.4可以看出加入控制器后的空载启动电流最大值小于额定全压直接启动时的电流。综上加入控制器后，满足了所有的设计要求，得到了所需的转速负反馈控制器。四、 结果分析当系统达空载稳定运行后突加阶跃型额定负载转矩时，加入转速负反馈控制器后的响应如图4.1所示图4.1加入控制器后系统的响应未加入转速负反馈控制器时的响应如图4.2所示图4.2未加控制器时的响应比较图4.1和图4.2可以看出加入转速负反馈控制器后当突然加入阶跃型负载时电机的转速下降后又很快回到原来的设定值，而未加入转速负反馈的电机受到干扰后转速跌落后就没有在回到原来的设定值，而且转速的跌落也比加入负反馈后要大。从此可以看出，加入转速负反馈控制器后系统的抗干扰性能得到了明显的提升，而原系统的抗干扰性能很差。五、 设计小结 六、 附录%电机固定参数R = 2.581;L = 0.028;Kt = 1.03;Kv = 1.03;J = 0.02215;c = 0.002953;%超前环节参数Wm = 12.5;alf = 2;T = 1/(Wm*sqrt(alf);%num1 = Kt/(J*L);den1 = 1 R/L+c/J (c*R+Kv*Kt)/(J*L);G1 = tf(num1,den1);%原系统传递函数Gain = 11;%第一步加入增益den2 = 1 R/L+c/J (c*R+Kv*Kt)/(J*L) 0;G2 = tf(Gain*num1,den2); %加入增益后的传递函数numc = alf*T 1;den