轉(zhuǎn)子繞線機(jī)控制系統(tǒng)的滯后校正設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上課 程 設(shè) 計(jì)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名：化學(xué)院 題 目: 轉(zhuǎn)子繞線機(jī)控制系統(tǒng)的滯后校正設(shè)計(jì) 初始條件：已知轉(zhuǎn)子繞線機(jī)控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為: 要求系統(tǒng)的靜態(tài)速度誤差系數(shù)，相位裕度 。要求完成的主要任務(wù): （包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求）1、 用MATLAB作出滿足初始條件的最小K值的系統(tǒng)的伯德圖，計(jì)算系統(tǒng)的幅值裕度和相位裕度。2、 前向通路中插入一相位滯后校正，確定校正網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)。3、 用MATLAB畫出未校正和已校正系統(tǒng)的根軌跡。4、 用MATLAB對校正前后的系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，畫出階躍響應(yīng)曲線，計(jì)算其時(shí)域性能指標(biāo)。5、 課程設(shè)計(jì)說明

2、書中要求寫清楚計(jì)算分析的過程，列出MATLAB程序和MATLAB輸出。說明書的格式按照教務(wù)處標(biāo)準(zhǔn)書寫。時(shí)間安排: 任務(wù)時(shí)間（天）審題、查閱相關(guān)資料2分析、計(jì)算2編寫程序1撰寫報(bào)告2論文答辯1 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日專心-專注-專業(yè)目錄11356摘要自動(dòng)控制技術(shù)已廣泛應(yīng)用于制造業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、航空及航天等眾多產(chǎn)業(yè)部門，極大地提高了社會(huì)勞動(dòng)生產(chǎn)率，改善了人們的勞動(dòng)條件，豐富和提高了人民的生活水平。在今天的社會(huì)生活中，自動(dòng)化裝置無所不在，為人類文明進(jìn)步做出了重要貢獻(xiàn)。在控制技術(shù)需求推動(dòng)下，控制理論本身也取得了顯著進(jìn)步。從線性近似到非線性系統(tǒng)的研究取得了新的

3、成就，借助微分幾何的固有非線性框架來研究非線性系統(tǒng)的控制，已成為目前重要研究方向之一。為了實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制任務(wù)首先要將被控制對象和控制裝置按照一定的方式連接起來，組成一個(gè)有機(jī)整體，這就是自動(dòng)控制系統(tǒng)。關(guān)鍵詞: 自動(dòng)控制技術(shù)、系統(tǒng)分析、MATLAB、校正 1設(shè)計(jì)目的、要求及原理1.1設(shè)計(jì)目的滯后校正網(wǎng)絡(luò)具有低通濾波器的特性，因而當(dāng)它與系統(tǒng)的不可變部分串聯(lián)相連時(shí)，會(huì)使系統(tǒng)開環(huán)頻率特性的中頻和高頻段增益降低和截止頻率c減小，從而有可能使系統(tǒng)獲得足夠大的相位裕度，它不影響頻率特性的低頻段。由此可見，滯后校正在一定的條件下，也能使系統(tǒng)同時(shí)滿足動(dòng)態(tài)和靜態(tài)的要求。本設(shè)計(jì)通過增加一個(gè)滯后校正裝置，確定其最適

4、合參數(shù)來改變系統(tǒng)性能。1.2 設(shè)計(jì)要求 要求系統(tǒng)的靜態(tài)速度誤差系數(shù)，相位裕度。1.3設(shè)計(jì)原理 通過分析系統(tǒng)逐步確定其矯正系統(tǒng)參數(shù)，具體步驟如下： 1.根據(jù)穩(wěn)態(tài)誤差要求求出K值； 2.畫出未校正系統(tǒng)的波特圖，并求； 3.波特圖上繪制出曲線； 4.根據(jù)穩(wěn)態(tài)誤差要求，求出校正系統(tǒng)的截止頻率； 5.根據(jù)公式和 ,可求出b和t; 6.驗(yàn)證已校正系統(tǒng)的相位裕度和幅值裕度；2設(shè)計(jì)分析與計(jì)算2.1最小K值的系統(tǒng)頻域分析已知轉(zhuǎn)子繞線機(jī)控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)是：，靜態(tài)速度誤差系數(shù)，所以最小的K值為： K=150故1求相角裕度：因?yàn)樵诖┰筋l率處=1， 解得Wc3.69rad/s穿越頻率處的相角為：相角裕度為：=18

5、0+=180-185.1=-5.1deg2求幅值裕度：先求相角穿越頻率: 由三角函數(shù)關(guān)系得: 所以，幅值裕度為:使用MATLAB軟件可直接得到系統(tǒng)的BODE圖和相角,幅值裕度。程序的代碼如下：n=150d=1,20,15,0g1=tf(n,d)mag,phase,w=bode(gf)margin(gf)圖2-1 校正前系統(tǒng)的BODE圖 Matlab仿真結(jié)果為： Gm=6.02dB Pm=18.3deg （與理論計(jì)算結(jié)果相同）2.2滯后校正函數(shù)計(jì)算求滯后校正的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)可以按設(shè)計(jì)原理所講述的方法進(jìn)行求解，但過程比較麻煩，這里介紹使用matlab進(jìn)行編程求解的方法。操作簡單，可快速得到結(jié)果。由于按設(shè)

6、計(jì)要求幅值裕度。根據(jù)要求令相角裕度=65并附加6，即取=71。 設(shè)滯后校正器的傳遞函數(shù)為：校正前的開環(huán)傳遞函數(shù)為： 用matlab編寫滯后校正的程序代碼如下：k0=150;n1=1;d1=conv(conv(1 0,1 1),1 10);Go=tf(k0*n1,d1);mag,phase,w=bode(Go);Mag=20*log10(mag);Pm=65;Pm1=Pm+6;Qm=Pm1*pi/180;b=(1-sin(Qm)/(1+sin(Qm);Lcdb=-20*log10(b);wc=spline(Mag,w,Lcdb);T=10/(wc*b);Tz=b*T;Gc=tf(Tz 1,T 1

7、)圖2-2 滯后校正求解圖得到結(jié)果為： 使用matlab檢驗(yàn)是否符合要求，程序代碼為：K=150;n1=1;d1=conv(conv(1 0,1 1),1 10);s1=tf(K*n1,d1);n2=25.58 1;d2=913.5 1;s2=tf(n2,d2);sys=s1*s2;mag,phase,w=bode(sys);margin(sys) 圖2-3 校正后系統(tǒng)BODE圖 Matlab仿真結(jié)果為： Gm=32.8dB Pm=77.7deg （符合設(shè)計(jì)要求）3用MATLAB畫校正前后的軌跡3.1校正前的根軌跡由于系統(tǒng)未校正前的開環(huán)傳遞函數(shù)為： 使用MATLAB畫根軌跡代碼如下：num=1

8、50den=conv(conv(1,0,1,1),1,10)rlocus(num,den)title(控制系統(tǒng)未校正前根軌跡圖) 圖3-1 校正前系統(tǒng)根軌跡圖3.2校正后的根軌跡系統(tǒng)校正后的開環(huán)傳遞函數(shù)為： 使用MATLAB畫根軌跡代碼如下：num=150*25.58,1den=conv(conv(1,10,913.5,1),1,1,0)rlocus(num,den)title(控制系統(tǒng)校正后根軌跡圖) 圖3-2 校正后的系統(tǒng)根軌跡圖 圖3-3 右方根軌跡放大圖4用Matlab對校正前后的系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析4.1校正前系統(tǒng)系統(tǒng)未校正前的開環(huán)傳遞函數(shù)為： 單位負(fù)反饋閉環(huán)傳遞函數(shù)為： 使用MATLA

9、B求校正前系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)的性能指標(biāo)代碼如下：num=150den=1,11,10,150t=0:0.01:20step(num,den,t)y,x,t=step(num,den,t)maxy=max(y)yss=y(length(t)pos=100*(maxy-yss)/yssfor i=1:2001 if y(i)=maxy n=i;endendtp=(n-1)*0.01y1=1.05*yssy2=0.95*yssi=2001while i0 i=i-1 if y(i)=y1|y(i)=y2;m=i;break end endts=(m-1)*0.01title(step response

10、)Grid 圖4-1 校正前單位階躍響應(yīng)曲線圖4.2校正后系統(tǒng)系統(tǒng)校正后的開環(huán)傳遞函數(shù)為： 單位負(fù)反饋閉環(huán)傳遞函數(shù)為使用MATLAB求校正后系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)的性能指標(biāo)代，代碼如下：num=150*25.58,1den=913.5,10049.5,9146,3847,150s1=tf(K*n1,d1);Lsys=tf(num,den);y,t,x=step(Lsys);plot(t,y) 然后使用matlab中的LTI Viewer工具，在MATLAB提示符后,輸入ltiview，即可啟動(dòng)該圖形軟件。從File的下拉菜單中選中import選項(xiàng)選擇需要仿真的系統(tǒng)。選擇窗口中的Lsys系統(tǒng)，并用鼠標(biāo)

11、點(diǎn)擊OK。在畫面中點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，選擇“Characteristics”選項(xiàng)，再選擇“Peak Time”項(xiàng)可得階躍響應(yīng)曲線中的峰值時(shí)間。在畫面中點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，選擇“Characteristics”選項(xiàng)，再選擇“Settling Time”、“Rise Time”、“Steady State”選項(xiàng)可得階躍響應(yīng)曲線中的調(diào)節(jié)時(shí)間，上升時(shí)間,穩(wěn)態(tài)值，單擊各個(gè)點(diǎn)，圖中顯示相應(yīng)的數(shù)據(jù)，可通過鼠標(biāo)移動(dòng)標(biāo)注的位置。通過點(diǎn)擊“Edit”菜單，在彈出的下拉菜單中選擇“Viewer Preferences”項(xiàng)，設(shè)定階躍響應(yīng)的上升時(shí)間范圍為最終穩(wěn)態(tài)值的090%，調(diào)節(jié)時(shí)間的誤差帶為2%，即可得到系統(tǒng)校正后的單位階躍響應(yīng)曲線。課程設(shè)計(jì)答辯或質(zhì)疑記錄：1如何求相角裕度？ 答：先求cw，再根據(jù)公式算穿越頻率相角，加180即可。 2如何用MATLAB作圖？ 答：在頁面中輸入程序，點(diǎn)擊保存并運(yùn)行即可。 3對此次課設(shè)有什么想法或建議？ 答：課設(shè)是很有意義的事情，在自己的努力下完成一項(xiàng)工作，會(huì)有成就感，激發(fā)學(xué)生興趣，而且課設(shè)可以考驗(yàn)學(xué)生查找資料，運(yùn)用計(jì)算機(jī)和學(xué)習(xí)