中北大學-自動控制課程設計new

1、中北大學綜 合 實 驗 說 明 書學生姓名： XX 學 號： XXXXX 學 院： 信息與通信工程學院 專 業(yè)： 自動化專業(yè) 題 目： 自動控制原理綜合實驗設計 指導教師： 林都 職稱: 教 授 2009年 2 月 25 日自動控制原理綜合實驗題目六：一個大功率隨動系統(tǒng)如圖所示大功率隨動系統(tǒng)R(s)G1(s)C(s)G2(s)G3(s)G4(s)G5(s)其中，自整角機、相敏放大，可控硅功率放大，執(zhí)行電機，拖動系統(tǒng)，減速器。1、畫出未校正系統(tǒng)的Bode圖，分析系統(tǒng)是否穩(wěn)定。2、對系統(tǒng)進行超前-滯后串聯校正，要求校正后的系統(tǒng)滿足指標：（1）在單位斜坡信號輸入下，系統(tǒng)的速度誤差系數Kv =600s

2、-1（2）相角穩(wěn)定裕度PM40 （3）系統(tǒng)對階躍響應的超調量s 50s-1。3、計算校正后系統(tǒng)的剪切頻率wcp和-p穿頻率wcs4、給出校正裝置的傳遞函數，和相應的校正網絡的電路圖及參數5、分別畫出系統(tǒng)校正前、后的開環(huán)系統(tǒng)的奈奎斯特圖，并進行分析6、分別畫出系統(tǒng)校正前、后的的根軌跡圖7、應用所學的知識分析校正器對系統(tǒng)性能的影響（自由發(fā)揮）設計內容本次課程設計采用MATLAB軟件進行設計，通過對程序的調試與計算設計出理想的控制系統(tǒng)。具體設計如下：一、 系統(tǒng)未校正系統(tǒng)的伯得圖分析，相角穩(wěn)定裕度為pm=-84；wc=9.01rad/s；系統(tǒng)不穩(wěn)定 系統(tǒng)未校正的奈奎斯特圖放大后的奈奎斯特圖起始點為從-

3、90度方向開始，所以繞-1，j0點為2，由p=0，r=-2，所以z=p-2r=4，所以系統(tǒng)不穩(wěn)定未校正系統(tǒng)階躍響應的曲線圖系統(tǒng)發(fā)散，不穩(wěn)定未校正系統(tǒng)根軌跡圖程序源代碼：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)校正系統(tǒng)：采用超前滯后校正，并用三次超前校正，一次滯后校正，超前校正分析源代碼：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)滯后校正源代碼：wc=50;beta=9.5;T=1/(0.1*wc)

6、betat=beta*T;Gc1=tf(T 1,betat 1)全部校正后源代碼：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)最后得出校正裝置傳遞函數：通過逐次逼近式算出超前校正函數系數及滯后系數，通過不斷的調試得出題目要求的校正函數。最后得出校正后傳遞函數：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 經校正后的伯德圖Pm=46.5，剪切頻率wc=60.7rad/s，-p頻率123rad/s滿足題目要求。經校正后的奈奎斯特圖經放大后的奈奎斯特圖繞（-1，j0）點為0圈，所以Z=P-2R=0.系統(tǒng)穩(wěn)定經校正后的階躍響應圖經校正后的根軌跡圖校正裝置電路圖及參數校正裝置電路圖： 參數設置如圖所示，理論依據如下：超前校正函數參數計算根據每個函數的伯德圖求出它們的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)進行計算，選定其中一個電阻值，確定另外兩個的參數，三個超前校正函數計算方法相同。滯后校正函數參數計算根據函數的伯德圖求出其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進行計算，選定其中一個電阻值，確定另外兩個的參數。參考文獻：1 高國梁，余文杰 自動控制原理廣州