转子绕线机控制系统的滞后校正设计

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为15SKSG要求系统的静态速度误差系数，相位裕度。0V60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、用MATLAB作出满足初始条件的最小K值的系统的伯德图，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、用MATLAB对校正前后的系统进行仿真分析，画出阶跃响应曲线，计算其时域性能指标。5、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）审题、查阅相关资料2分析、计算3编写程序2撰写报告2论文答辩1指导教师签名年月日系主任（或责任教师）签名年月日目录1设计目的22设计任务及要求23设计方案论证331校正前系统分析432选择校正方案44校正前后性能比较641校正前后系统的根轨迹比较642系统校正前后的仿真分析85设计小结126心得体会12参考文献13转子绕线机控制系统滞后校正设计1设计目的首先，通过对转子绕线机控制系统的分析，加强对转子绕线机控制系统的认识，并掌握滞后校正设计的方法。其次，通过设计，培养分析问题解决问题的能力。此外，使用MATLAB软件进行系统仿真，从而进一步掌握MATLAB的使用。2设计任务及要求已知转子绕线机控制系统的开环传递函数为15SKSG要求系统的静态速度误差系数，相角裕度。0V60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）用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。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。用MATLAB画出未校正和已校正系统的根轨迹。用MATLAB对校正前后的系统进行仿真分析，画出阶跃响应曲线，计算其时域性能指标。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。3设计方案论证当控制系统的性能指标不能满足期望的特性指标时，需要在已选定的系统不可变部分（包括测量元件，比较元件，放大元件及执行机构等）的基础上加入一些装置（即校正装置），使系统能满足各项性能指标。31校正前系统分析用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。首先，确定最小K值KVK/75则可得到满足初始条件的最小K值K750那么满足初始条件的最小K值的系统开环传递函数为GS）750/用MATLAB软件作出校正前满足初始条件的最小K值的系统伯德图如下MATLAB程序K0300N11D1CONVCONV10,15,115MAG,PHASE,WBODEK0N1,D1FIGURE1MARGINMAG,PHASE,W图31校正前满足初始条件的最小K值的系统伯德图32选择校正方案由伯德图可知系统的幅值裕度H20000DB穿越频率WG86603相角裕度182874DEG截止频率WC59646也可以通过计算得到，计算过程如下由AW|GJW|1得到WCW5964615/ARG209WTRT18GO得到WG86603；0C15/ARG20918CCWTRT182874O可见由作图法和计算法得到的结果一样。说明未校正系统不稳定，且截止频率大于要求值，在这种情况下，采用串联超前校正是无效的，用滞后校正。确定校正后系统的增益剪切频率“CW。在此频率上，开环传递函数的相角裕度应等于要求的相角裕度再加上（5O10O）补偿滞后校正网络本身在“CW处的相位滞后。现要求校正后系统的相角裕度60，所以60，其中补偿角度取在伯德图上可找得，在“CW1611附近的相位角等于114O（即相角裕度为66O），故取此频率为校正后系统的剪切频率。即C1611确定原系统频率特性在“C处幅值下降到0DB时所需的衰减量CWL。利用0LG20CLB解得B0170为了使滞后校正装置产生的相位滞后对校正后系统的增益剪切频率W处的影响足够小，应满足，一般取K。51/CWT利用CWB0得到BT5905,T34741现在可以确定校正装置的传递函数SS7413905G验算指标（相角裕度）47447O66O47447O612553O系统满足要求图32校正后系统伯德图4校正前后性能比较41校正前后系统的根轨迹比较用MATLAB软件画出未校正和已校正系统的根轨迹。MATLAB程序如下NUM10DENCONVCONV1,0,02,1,1/15,1GTFNUM,DENFIGURE1RLOCUSGXLABELTYLABELYDEN1CONV1,34741,DENNUM1NUM5905,NUMG1TFNUM1,DEN1FIGURE2RLOCUSG1XLABELTYLABELY未校正的系统的根轨迹如图41图41未校正的系统的根轨迹已校正系统的根轨迹如图42图42已校正系统的根轨迹42系统校正前后的仿真分析用MATLAB软件画出未校正和已校正系统的阶跃响应曲线。未校正前系统阶跃响应曲线的MATLAB程序如下NUM10DENCONVCONV1,0,02,1,1/15,1T000015GTFNUM,DENSYSFEEDBACKG,1FIGURE1GRIDSTEPSYS,T未校正前系统的阶跃响应曲线如图43图43未校正系统的阶跃响应曲线已校正系统阶跃响应曲线的MATLAB程序如下K10NUMK5905,KDEN0CONVCONV1,0,02,1,1/15,1DENCONVDEN0,34741,1T0000150G1TFNUM,DENSYSFEEDBACKG1,1STEPSYS,TGRID已校正系统的阶跃响应曲线如图44图44已校正系统的阶跃响应曲线由MATLAB程序可以计算出系统的时域性能指标校正前的计算程序如下NUM10DENCONVCONV1,0,02,1,1/15,1T0000150GTFNUM,DENSYSFEEDBACKG,1YSTEPSYS,TR1WHILEYR098SS1ENDTSS10001得到的结果TR11480,TP17690,MP01071,TS908105设计小结由上分析可知在滞后校正中我们利用的是滞后校正网络在高频段的衰减特性，而不是其相位的滞后特性。对系统进行滞后校正后改善了系统的稳定性能。滞后校正网络实质上是一个低通滤波器，对低频信号有较高的增益，从而减小了系统的稳态误差。同时由于滞后校正在高频段的衰减作用，使增益剪切频率移到较低的频率上，保证了系统的稳定性。6心得体会课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现、提出、分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程，随着科学技术发展的日新月异，自动化控制已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域，在生活中可以说是无处不在。回顾起此次课程设计，我感慨良多，在这两个星期里，虽然有些累，但我学到了很多东西，巩固了以前所学的书本知识，更了解打了许多书本以外的知识。通过本次设计，我了解了自动控制原理中校正系统的基本概念及其对系统设计的相关应用，通过对初步知识的了解，对校正系统各种方案的比较，进一步了解了校正系统的合理性和实用性。什么样的课程设计都离不开理论与实际相结合的真理，设计过程中的方案选择和参数设定使我进一步深刻认识到自控原理中校正环节对整个系统的重要作用。一个细小的参数设定出现偏差，可能导致最后的性能指标不和标准。所以选择一个优良的方案结于实验至关重要。我们运用MATLAB软件进行系统仿真验证，这不仅对我们设计带来了方便，也能很准确地为我们改动参数提供依据，同时也让我们对MATLAB软件进行了又一步的学习，也为我们再次熟练运用MATLAB打下了基础。这次课程设计告一段落了，在设计过程中遇到了很多问题，最后在同学帮助和上网查询下都基本解决了，在此对