自控原理设计第4题-

自动控制原理课程设计 姓 名 分 院 机电工程学院 专 业 电气工程及其自动化 学 号 指导教师 张 炯 二 0 一六年六月二十四日 得分得分评卷教师评卷教师 哈尔滨远东理工学院课程设计说明书 I 课程设计任务书 学生姓名 学生姓名 专业班级 专业班级 1414 级电气级电气 0101 班班 指导教师 指导教师 工作单位 工作单位 机电工程学院机电工程学院 题题 目目 用 MATLAB 进行控制系统的校正设计 初始条件 初始条件 已知一单位反馈系统的开环传递函数是 1 01 0 400 2 0 ss sG 要求完成的主要任务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 画出未校正系统的 Bode 图 分析系统是否稳定 手工加程序 2 设计一个调节器进行串联校正 要求校正后的系统满足指标 1 在单位斜坡信号作用下 系统的稳态误差 G tf 400 0 01 1 0 0 figure 1 margin G h0 r wx wc margin num0 den0 执行结果为 h0 0 r 11 2042 wx 0 wc 19 8081 校正前系统分析 从图中可以看出相位裕量 11 2042 度 所以系统不稳定 此时的相角裕度是不 满足要求的 哈尔滨远东理工学院课程设计说明书 3 3 校正网络设计 3 1 校正前参数确定 由设计题目可知 3 2 校正设计 设计一个调节器进行串联校正 要求校正后的系 统满足指标 1 在单位斜坡信号作用下系统的稳态误差 r break end end 哈尔滨远东理工学院课程设计说明书 4 r0 125 printsys numc denc num den 0 5 s 0 009 0 s 1 2 printsys num den num den 10 s 0 18 0 s 4 0 1115 s 3 1 2 s 2 Ga tf 10 0 18 0 0 1115 1 2 0 0 s1 Ga closys feedback s1 1 figure 1 step closys hold on 校正验证 根据上述得 校正后截止频率和穿越频率 wc 7 1499 wx 34 6982 h0 r0 wx wc margin num den h0 13 4247 r0 55 1038 wx 34 6982 wc 7 1499 校正装置的传递函数 哈尔滨远东理工学院课程设计说明书 5 可以看到此时系统在单位斜坡信号输入下 系统的稳态误差 0 05 相角稳定裕度 系统对阶跃响应的超调量满足设计要求 45 15 哈尔滨远东理工学院课程设计说明书 6 4 校正前后系统对比分析 4 1 用 MATLAB 画出未校正系统和已校正系统的 Bode 图 1 计算校正后系统的截止频率和穿越频率 2 给出校正装置的传递函数 1 未校正系统的 Bode 图 G tf 400 0 01 1 0 0 Figure 1 Margin G 2 校正后系统的 Bode 图 Ga tf 10 0 18 0 0 1115 1 2 0 0 figure 1 margin Ga 哈尔滨远东理工学院课程设计说明书 7 4 2 校正前后系统单位阶跃响应曲线对比分析 矫正前阶越图 G tf 400 0 01 1 0 0 figure 1 矫正后阶越图 step closys hold on 哈尔滨远东理工学院课程设计说明书 8 矫正后截止频率 7 1499 和穿越频率 34 6982 c x 校正后系统的传递函数 printsys num den num den 234 2 11115 0 00099504 0 18 0 10 sss s 哈尔滨远东理工学院课程设计说明书 9 5 SIMULINK 中系统的仿真模型设计总结 校正前系统仿真模型 校正前动态响应 哈尔滨远东理工学院课程设计说明书 10 校正后系统仿真模型 校正后系统动态响应 系统分析 平稳性 由曲线看出 阻尼系数 超调量 响应的振荡 平稳性好 反之 振荡 平稳性差 快速性 ts 快速性差 反之 ts 但 过小 系统响应的起始速 度较快 但振荡强烈 影响系统稳定 超调量 指在响应过程中 超出稳态值的最大偏离量和稳态值之比 校正后 超调量 为正 曲线收敛 峰值时间 pt 指单位阶跃响应曲线超过其稳定值而达到第一个峰值所需要得时间 校 正后 时间提前了 系统快速性提高 调节时间 st 在单位阶跃响应曲线的稳态值附近 取 5 作为误差带 响应曲线达到 并不再超出该误差带的最小时间 校正后 时间变短 系统快速性变好 稳态误差 sse 当时间 t 趋于无穷时 系统单位阶跃响应的实际值 即稳态值 与期 望值之差 校正后 系统稳定 稳态误差为 0 系统稳定性提高 哈尔滨远东理工学院课程设计说明书 11 6 设计总结 为期一周的自动控制原理课程设计做完了 通过这次课程设计 我对控制系统的校 正有了更为深入的理解 但收获最大的还是在做设计的过程中 对问题的分析和计算有 了很大的提高 同时也掌握了不少工程中计算的方法 为以后的设计奠定了更好的基础 另外 通过这次课程设计 我还学习了使用 MATLAB 软件实现对控制系统的仿真和分析 本着严谨认真的态度 用毕业设计的论文格式作为标准来写这篇课程设计 同时也练习 了对 Word 文字编辑软件的操作能力 在刚开始拿到设计题目的时候 感觉比较困惑 无从入手 难以将课堂上学习的东 西应用到实际的设计中去 通过认真分析和参考一些资料 找到设计串联滞后校正系统 的一般方法 再结合自己的课题对系统进行校正 并对校正后的系统进行 Bode 图 Nyquist 曲线等等方法的分析 对其闭环稳定性进行分析 在分析的过程中 对分析问题 解决问题的能力有了很大的提高 在设计中积累了很多经验 也发现了很多自己的不足 作为一名电气自动专业的学生自控原理的课程设计是很有意义的 也是必要的 通过这 种课设 不仅对理论知识理解更深 在实践上面也得到锻炼 总之 收获颇多 哈尔滨远东理工学院课程设计说明书 12 收获与体会 自动控制原理这门课程设计让我深深的体会到实践出真知 以前对有关知识有些模 糊的地方经过课程设计后 并不是自己专研就可以的 不仅要通过自己用心去研究 去 探索 找到不足的地方 不断查找资料 如果还有不明白的地方 则跟同学一起探讨 去解决 比如说吧 以前对 matlab 这一软件并不是很了解 但通过这门课程设计后 不 但了解很多以前不清楚的地方 也学到了很多新的指令 为日后的课程打下了一定的基 础 总的来说这门课程设计收获还是很大的 不足就是在设计过程中 由于自己的粗心 弄混了些概念 导致浪费了很多时间 同时这提醒了我自身存在的缺点 相信在以后的 学习中我会更加注意这方面的问题通过这次实验 我收获了友谊 收获了劳动成果 体 会到了团队合作之间的重要性 遇到困难时只有大家通力合作才能解决问题 只有这样 才能体现出团队合作的意义 才能增进大家的友谊 增长我们的知识储备 充实自己 为以后打好提前量 哈尔滨远东理工学院课程设计说明书 13 参考文献 1 胡寿松 自动控制原理 科学出版社 2013 年 2 杨佳 许强等 控制系统 MATLAB 仿真与设计 2015 年 2 月