中北大学-自动控制课程设计new

1、中北大学综 合 实 验 说 明 书学生姓名： XX 学 号： XXXXX 学 院： 信息与通信工程学院 专 业： 自动化专业 题 目： 自动控制原理综合实验设计 指导教师： 林都 职称: 教 授 2009年 2 月 25 日自动控制原理综合实验题目六：一个大功率随动系统如图所示大功率随动系统R(s)G1(s)C(s)G2(s)G3(s)G4(s)G5(s)其中，自整角机、相敏放大，可控硅功率放大，执行电机，拖动系统，减速器。1、画出未校正系统的Bode图，分析系统是否稳定。2、对系统进行超前-滞后串联校正，要求校正后的系统满足指标：（1）在单位斜坡信号输入下，系统的速度误差系数Kv =600s

2、-1（2）相角稳定裕度PM40 （3）系统对阶跃响应的超调量s 50s-1。3、计算校正后系统的剪切频率wcp和-p穿频率wcs4、给出校正装置的传递函数，和相应的校正网络的电路图及参数5、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图，并进行分析6、分别画出系统校正前、后的的根轨迹图7、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响（自由发挥）设计内容本次课程设计采用MATLAB软件进行设计，通过对程序的调试与计算设计出理想的控制系统。具体设计如下：一、 系统未校正系统的伯得图分析，相角稳定裕度为pm=-84；wc=9.01rad/s；系统不稳定 系统未校正的奈奎斯特图放大后的奈奎斯特图起始点为从-

3、90度方向开始，所以绕-1，j0点为2，由p=0，r=-2，所以z=p-2r=4，所以系统不稳定未校正系统阶跃响应的曲线图系统发散，不稳定未校正系统根轨迹图程序源代码：sys=tf(6.25,0.007 1);sys1=tf(40,0.00167 1);sys2=tf(23.98 ,0.0063 0.9 1);sys3=tf(1,0.9 1);sys4=tf(0.1,1 0);figure(1);margin(sys*sys1*sys2*sys3*sys4);hold onfigure(2)closys1=sys*sys1*sys2*sys3*sys4/(1+sys*sys1*sys2*sys

4、3*sys4);step(closys1);figure(3)GH=sys*sys1*sys2*sys3*sys4nyquist(GH) figure(4);rlocus(closys1)校正系统：采用超前滞后校正，并用三次超前校正，一次滞后校正，超前校正分析源代码：sys=tf(6.25,0.007 1);sys1=tf(40,0.00167 1);sys2=tf(23.98 ,0.0063 0.9 1);sys3=tf(1,0.9 1);sys4=tf(0.1,1 0);sys5=tf(0.1995 1,0.03423 1);sys6=tf(1.601 1,0.000122 1);sope

5、=sys*sys1*sys2*sys3*sys4*sys5*sys6;gama=80;gama1=gama+5; mag,phase,w=bode(sope); mu,pu=bode(sope,w); gam=gama1*pi/180; alpha=(1-sin(gam)/(1+sin(gam); adb=20*log10(mu); am=10*log10(alpha); wc=spline(adb,w,am); T=1/(wc*sqrt(alpha); alphat=alpha*T; Gc=tf(T 1,alphat 1)滞后校正源代码：wc=50;beta=9.5;T=1/(0.1*wc)

6、betat=beta*T;Gc1=tf(T 1,betat 1)全部校正后源代码：sys=tf(6.25,0.007 1);sys1=tf(40,0.00167 1);sys2=tf(23.98 ,0.0063 0.9 1);sys3=tf(1,0.9 1);sys4=tf(0.1,1 0);sys5=tf(0.1995 1,0.03423 1);sys6=tf(1.601 1,0.000122 1);sys7=tf(0.1072 1,0.0002043 1);sys8=tf(0.2 1,1.9 1); sope=sys*sys1*sys2*sys3*sys4*sys5*sys6*sys7*s

7、ys8;figure(1);margin(sope)figure(2)closys1=sope/(1+sope);step(closys1);figure(3)nyquist(sope)figure(4);rlocus(sope/(1+sope)最后得出校正装置传递函数：通过逐次逼近式算出超前校正函数系数及滞后系数，通过不断的调试得出题目要求的校正函数。最后得出校正后传递函数：4.105 s4 + 81.96 s3 + 535.9 s2 + 1264 s + 599.5-1.074e-016 s10 + 1.505e-012 s9 + 5.622e-009 s8 + 4.256e-006 s7

8、 + 0.0009698 s6 + 0.07943 s5 + 1.741 s4 + 4.397 s3 + 3.743 s2 + s 经校正后的伯德图Pm=46.5，剪切频率wc=60.7rad/s，-p频率123rad/s满足题目要求。经校正后的奈奎斯特图经放大后的奈奎斯特图绕（-1，j0）点为0圈，所以Z=P-2R=0.系统稳定经校正后的阶跃响应图经校正后的根轨迹图校正装置电路图及参数校正装置电路图： 参数设置如图所示，理论依据如下：超前校正函数参数计算根据每个函数的伯德图求出它们的Wm和Faim,利用公式=1/k,Wm=1/（*T）,Faim=arcsin(-1)/（ +1），Gc(S)=K*(ts+1)/(Ts+1),K=R2/R1+R2,t=R1C1,t=R1*R2*C1/(R1+R2)进行计算，选定其中一个电阻值，确定另外两个的参数，三个超前校正函数计算方法相同。滞后校正函数参数计算根据函数的伯德图求出其Wm和Faim,利用公式=t/T=R2/(R1+R2),Wm=1/(*T),Faim=arcsin=(1-)/(1+);Gc(S)=(ts+1)/(Ts+1),t=R2C2,T=(R1+R2)*C2进行计算，选定其中一个电阻值，确定另外两个的参数。参考文献：1 高国梁，余文杰 自动控制原理广州