转子滞后校正

/..。大学设计课题：转子绕线机控制系统设计院系：电气与电子工程学院姓名：。学号:。．。。。．班级：自动化1班指导老师：..基于滞后法校正法的转子绕线机控制系统设计。..(。。.大学自动化专业,湖北省，武汉市,4３0００0）摘要利用MATLAB软件的Sｉmulｉnk仿真平台，对转子绕线机控制系统进行数学建模和系统仿真,并结合Ｂｏde图进行分析研究，确定调节系统的控制器参数，从而获得理想的设计结果.通过对其进行仿真研究，验证了设计的可行性。Ａbstｒａcｔ：Thｅmｉni－compuｔｅrｃonｔrｏlｓyｓｔemｉsdeveｌｏpedmainlyfoｒsmalｌerscａlｅinduｓtryａpplicatiｏns。AｄｏptｉngｔheｅmbｅddingsysｔｅmandＭｏdｂusｆｉｅldｂusｔｅchｎoｌogy,opeｎｉnginteｌｌigentI／Ｏmoduleandｒeａl—timeoｎ-lineｃonｔｒolstｒaｔegy,thｅsyｓｔemｈasflexiblecontrolｌingandhuｍan-maｃhineｉnterface,betｔeｒreｌiabilitｙaｎdstａbｉｌｉtｙ,ｓtroｎgｅｘｔenｓiｂilｉtyanｄlowｐrｉce，eｔc.关键字控制器；直流调速系统；串联滞后校正；Maltlａb仿真；SimulinkBode图１。引言在现代化工业中，转子绕线机控制系统的应用日益广泛。转子绕线机控制系统调节器的控制功能是过直流调速系统来实现的．绕线机系统是一种特殊的直流调速系统．传统的PIＤ直流调速系统Ｌ１]基本上由比例调节器、微分调节器和积分调节器组成．此次设计采用一种新的调节器,来完成该控制器数的调节和确定.采用Bode图法和Sｉmulｉnｋ系统仿真对系统的稳定性进行进一步的分析、判断，得到适当的控制器以实现转子绕线机的正常工作.2.转子绕线机系统结构及设计要求2。1设计内容设计目标是用机器代替手工操作，为小型电机的转子缠绕铜线。每个小型电机都有3个独立的转子线圈,上面需要缠绕几百圈的铜线。绕线机用直流电机来缠绕铜线,它应该能快速准确地绕线，并使线圈连贯坚固。采用自动绕线机后,操作人员只需从事插入空的转子、按下启动按钮和取下绕线转子等简单操作。图1绕线机控制系统绕线机控制系统如图1所示,相应的控制系统的原理方块图如图2所示。控制系统设计的具体目标是：使绕线速度和缠绕位置都具有很高的稳态精度.也就是使绕线机系统对斜坡输入有很高的稳态精度.——-图2绕线机控制系统的原理方块图该系统至少是个I型系统,它响应阶跃输入的稳态误差为零,系统对单位斜坡输入的稳态误差为:其中２。２设计的具体要求：要求设计串联校正装置,使系统满足下述性能指标:ﻩ系统对斜坡输入响应的稳态误差小于１０%,;系统对阶跃输入的超调量在10％左右；按２%准则的调节时间不超过3s。３。设计的步骤：绘制未校正系统的轨迹.根据x=0.５9，w=2．4９确定预期主导极点的容许区域，并进一步在未校正系统的根轨迹上确定校正后的预期主导极点.计算预期主导极点对应的根轨迹增益和未校正系统的速度误差系统K'v。计算b＝Kv/Ｋ’v，要求Kv＞=１0。根据求得的b，配置滞后校正网络的零极点，使校正系统的根轨迹经过预期主导极点.本例设计过程中，根据选定的预期主导极点，采用ｒｌｏcfind函数计算根轨迹增益的取值,得到b＝10;在配置滞后校正网络的零极点时，取z=—0.１，极点p＝—0。01，以免明显改正系统的根轨迹。于是所设计的滞后校正网络为4.系统仿真图:系统对单位斜坡输入的稳态误差为:其中，要求稳态误差小于10％,故可得K1＝5０0开环增益Ｋ=1０。待校正系统的截止频率＝7.07rａd／s绘制ｋ＝＝=５０0时未校正系统的Boｄｅ图,如图所示K1＝50０;nuｍ＝［１]；den＝[1，15，50，0］;［num,dｅｎ]=seriｅs(K1，1,ｎum，dｅn)；w=logspａcｅ（－1,2，2００）；[mａｇ，phasｅ，w]=ｂode(ｎum，ｄen，w）；[Gm，Ｐm,Wcg，Ｗcｐ］=ｍａrｇin（mag,ｐｈase,w);Ｐhi＝(60—Pｍ)＊pi/１8０；aｌpｈa=（1+ｓin（Phｉ)）/(1－sin（Phi）);M=－１0*lｏｇ1０（ａlｐha)＊ｏｎes(lenｇth（w),1）；［mａg,ｐhａse，w］＝bodｅ(num,ｄｅn,w）;semilogx(w,２0*log10(ｍaｇ），w，M，'——’);grｉd;４。1系统未校正前根轨迹：G0=tf(［1］,［1，15,5０，0]）;rlｏcus(G０）;ｈoldｏｎ;axｉｓ(［-1５,1,-１0,10］)；zeta＝0.59；ｗn＝2。４9;x=[-10:０。０1:－zｅta＊wｎ］；y=－sqrt((1－zetａ^2）／zａta）*x；ｘｃ=［-1０：0.01:—ｚeta＊wｎ］；ｃ=sqrｔ（wｎ＾2－xc．＾２）；plot(ｘ,y,’—’,x,—y,'：',xc,c，'—．’，xc，－c，'－-’）；xlａｂel（’实轴’）;ylabｅｌ(’虚轴＇)４．２校正后根轨迹程序和仿真图：G０=tf(［1],［1,１5，５0，0]）;Gc=tf（［1，0.1］,[1,0。01]）;Ｇ=serｉes(G０,Gｃ）；rlocus（Ｇ）；holdon；ａxｉｓ(［-1５，１,—10，10])；zeta＝０.59;ｗn=２。49;x=[-1０：0。01:－zetａ*wn];y=-ｓqrt（(1-zeta^2)/zata)＊x;xc=[—10:0。01：－zeta＊wn］;ｃ＝sqrｔ(wn＾2-ｘc。＾2）；ｐloｔ（x，y，＇—'，ｘ,-y,’：’，xc，c,＇-．＇,xc,-c，’-—’)；xlabｅl（＇实轴')；yｌabeｌ('虚轴'）；4。3校正后的系统阶跃响应程序和仿真图：G0=ｔf（［1],[1，１５，5０,0]）；Gｃ=ｔf(１０0＊[1，0.１］,［1，0．0１］);G=sｅries（G0，Gc)；Ｇ１=feeｄbaｃk（Ｇ，1）；steｐ（G１）;grｉｄ;检验表明，校正系统在超调量和调节时间方面,基本满足设计要求，系统的静态速度误差系数达到Ｋv=2０.5。主要参考资料：［１]胡寿松主编，自动控制原理［M]，第五版，北京，科学出版社,200７年[2]RiｃｈａrdC.DorｆandRｏｂeｒtH．Bishoｐ：ModeｒｎControlSysｔeｍs，NｉｎthＥdition,PearsoｎＥducation，200２年［3]薛定宇著,控制系统仿真与计算机辅助设计［M］，北京，机械工业出版社，20０5年［4］王凤如主编，自动控制原理实验教程［M],北京，高等教育出版社,2０04年结束语

此次自动控制原理课程设计,我收获很多，从理论到实践，我学到了很多很多。本次训练必须使用matlab软件，使我又重新复习了使用matｌab。通过这次课程设计把理论和实际结合起来，在训练过程中使我意识到自己的很多不足之处,对以前所学过的知识理解的还不够深刻,掌握得不够牢靠，通过学习让我对课本上的知识有了更深的理解.采用滞后校正法,校正后的系统能满足对调节时间和超调量的设计要求,增大系统增益k，稳态误差会下降