控制工程基础项目ppt课件.ppt

工作台控制系统仿真分析,1,2,一、研究目的,采用Matlab软件仿真分析手段，通过本课题的完成，使学生对工作台控制系统的相关理论进行更为深入的学习，重点掌握以下知识点：1)数学模型建立方法2)时域、频域分析方法3)系统校正方法,返回,3,二、设计参数,返回,4,三、对给定传递函数进行判断,受控对象的开环传递函数为Gp(s)=1/s(s+10)(s+20)闭环传递函数为G（s）=1/（s(s+10)(s+20)+1当输入阶跃信号时，其闭环时域分析如下图,5,由上图可知，该传递函数上升时间最小调整时间明显不符合要求，因此需加控制器进行校正。,其bode图如下,返回,6,四、传递函数的设计,图10-6工作台运动控制系统结构图,设工作台控制系统的构成如图10-6所示，其中采用了功率放大器和直流电动机作为受控对象，其传递函数为Gp(s)=1/s(s+10)(s+20)在此，先以连续系统为基础，设计合适的Gc（s），然后将Gc（s）转换为D(z)。,7,首先，为了确定未校正系统的响应，我们将控制器取为简单的增益K,并以K为可变参数绘制出了系统的根轨迹。从中可以看出，当K=700时，系统主导副极点的阻尼系数为=0.707。与此对应，系统的超调量可望满足设计要求。经过仿真可知，系统的超调量为5%，而上升时间和调节时间（2%准则）分别为0.4s和1.12s.这些值被记录于表10-2中。,表10-2采用不同控制器的响应性能,接下来，将控制器取为超前校正网络，于是有Gc(s)=K(s+a)/(s+b),8,为了保证预期主导极点的主导特性，将网络零点取为s=-11.前面章节结论可知，网络极点应为s=-62.最后再根轨迹上可以确定网络的增益值K=8000.至此，得到了所需要的超前校正网络。校正后的上升时间为0.25s，调节时间（2%准则）为0.60s。这些结果表明，校正后的系统具有满意的性能功能。确定了合适的Gc（s）之后，还需要确定合适的采样周期，并用第八章的方法来获得D(z)。用Gc（s）校正之后，连续系统的上升时间仅为0.25s。因此，为了得到与连续系统一致的预期响应，应该要求采样周期TTR,不妨取为T=0.01s。于是由GC(S)=8000(S+11)/(s+62)可得到D(z)=C（z-A）/(z-B)其中，A=e-11T=0.8958，B=e-62T=0.5379，C=Ka（1-B）/b(1-A)=6293至此，我们最终得到了所需要的数字控制器。可以预料，该数字控制系统具有与连续控制系统，非常相近的响应性能。,返回,9,五、系统方框图,校正后系统开环传递函数为Gp(s)=8000（s+11）/s（s+62）(s+10)(s+20)校正后系统闭环传递函数为G(s)=8000（s+11）/8000（s+11）+s（s+62）(s+10)(s+20),返回,10,六、对系统进行动静态分析,1、时域分析当输入阶跃信号时，其闭环传递函数的时域分析图如下图所示,11,由图得如下数据：延迟时间td=0.146s上升时间tr=0.316s峰值时间tp=0.42s最大超调量Mp=5%调整时间ts=0.725s数据分析：1、由tr=0.316s和ts=0.725s可得系统具有最小上升时间和调节时间（2%准则）。2、由Mp=5%可得最大超调量满足题意要求，且系统相对稳定性较好。,12,2、频域分析其开环传递函数Bode图如下,13,由图得如下数据：剪切频率wc=6.52rad/sec相位穿越频率wg=34rad/sec相角裕度=64幅值裕度Kg/dB=21.3dB数据分析：1、由=64可得其相角裕度0，所以系统稳定，且系统灵敏度较高。2、由Kg/dB=21.3dB可得幅值裕度Kg/dB0，所以系统稳定，由于Kg/dB6dB，所以系统性能较满意。3、由N+-N-=0，且Pr=0，由对数判据可得系统稳定。,14,其闭环传递函数Bode图如下,15,由图得如下数据：截止频率wb=5.67rad/sec带宽0wBWwb谐振峰值Mr=0.0177谐振频率wr=1.41rad/sec剪切率=1.9数据分析：1、由截止频率和带宽得系统的响应较快，能滤掉高频噪声。2、由谐振峰值Mr=1/(2(1-2)0.5)可得=0.5,其满足0.40.7，所以系统的相对稳定性较好。3、由谐振频率wr=1.41rad/sec可得系统的响应速度较快。4、由剪切率为1.9可得高频噪声消减的较快，系统从噪声中辨别信号的能力较强。,返回,16,七、改变控制器及主要结构参数,改变控制器增益，取K=4000，对其进行时域频域分析1、当输入阶跃信号时，其闭环传递函数的时域分析图如下图所示,由图可得，系统的上升时间tr和调整时间ts明显变大，无超调无振荡，不符合题意要求。,17,2、频域分析其开环传递函数Bode图如下,当控制器增益K减小时，剪切频率wc减小，相位穿越频率wg变化不大，相角裕度增大，稳定性变好，但灵敏度降低，幅值裕度Kg/dB增大。,18,其闭环传递函数Bode图如下,当控制器增益K减小时，截止频率wb变小，无谐振峰值。,返回,19,八、心得体会,通过控制工程课程设计,我们有很多的感触收获。首先,对控制工程这门课程有了更深入的了解。平时的只停留在一个初等的感性认识水平,没有真正的理解透所学的具体原理的应用问题,但在自己做设计过程中老在问为什么,如何解决,通过这样的想法,是自己对自己所学的理论有了深入的理解.在设计过程中,如何才能把所学的理论运用到实际中,这才是我们学以所获,学以致用的真正宗旨,这也是当我们从这个专业毕业后所必需具有的能力,这也更是从学到时间的过程,才能为自己在以后的工作中游刃有余,才能为机械工业的发展尽绵薄之力。其次对所学的专业课产生了很大的兴趣。在做设计的过程中,发现控制工程的很多东西渗透在我们生活的方方面面，都用到了其相关内容。这也给了自己很大的学习范围和任务，更给了自己很大的发展空间和兴趣的培养。最后对团队的合作有了更深的体会。每个人不可能方方面面都会，这就需要团队组员各自发挥自己的优点，说出各自的想法，取长补短，这样才能从别人身上学到自己所缺的能力和品质，在现代的企业合作中，团队合作精神是很重