自动控制原理课程设计.docx

自动控制原理课程设计.docx4诊娉城市科玻會畝CITYCOLLEGEOFSCIENCEANDTECHNOLOGY,CHONGQINGUNIVERSITY◎动控制原理课程设Z,课题: 串联超前滞后校正装置专业: 电气工程及其自动化班级:学号: 指导教师: 刘伟 设计日期: -: 重庆大学城市科技学院电气信息学院自动控制原理课程设计报告一、 设计目的(李志强,邓鑫)(1) 掌握控制系统设计与校止的步骤和方法。(2) 掌握对控制系统相角裕度、稳态误差、剪切频率、相角穿越频率以及增益裕度的求取方法。(3) 掌握利用Matlab对控制系统分析的技能。熟悉MATLAB这一解决具体工程问题的标准软件,能熟练地应用MATLAB软件解决控制理论屮的复杂和工程实际问题,并给以后的模糊控制理论、最优控制理论和多变量控制理论等奠定基础。(4) 提高控制系统设计和分析能力。(5) 所谓校正就是在系统不可变部分的基础上,加入适当的校正元部件,使系统满足给定的性能指标。校正方案主要有串联校正、并联校正、反馈校正和前馈校止。确定校止装置的结构和参数的方法主要有两类,分析法和综合法。分析法是针对被校正系统的性能和给定的性能指标,首先选择合适的校正环节的结构,然后用校正方法确定校正环节的参数。在用分析法进行串联校正吋,校正环节的结构通常采用超前校正、滞后校正和滞后-超前校正这三种类型。超前校正通常可以改善控制系统的快速性和超调量,但增加了带宽,而滞后校正可以改善超调量及相对稳定度,但往往会因带宽减小而使快速性卜•降。滞后-超前校正兼用两者优点,并在结构设计时设法限制它们的缺点。二、 设计要求(姬松)1•丽期基础知识,主要包括MATLAB系统要素,MATLAB语言的变量与语句,MATLAB的矩阵和矩阵元索,数值输入与输出格式,MATLAB系统工作空间信息,以及MATLAB的在线帮助功能等。控制系统模型,主要包括模型建立、模型变换、模型简化,Laplace变换等等。控制系统的时域分析,主耍包括系统的各种响应、性能指标的获取、零极点对系统性能的影响、高阶系统的近似研究,控制系统的稳定性分析,控制系统的稳态误差的求取。控制系统的根轨迹分析,主要包括多回路系统的根轨迹、零度根轨迹、纯迟延系统根轨迹和控制系统的根轨迹分析。控制系统的频域分析,主要包括系统Bode图、Nyquist图、稳定性判据和系统的频域响应。控制系统的校正,主要包括根轨迹法超前校正、频域法超前校止、频域法滞后校止以及校止前后的性能分析。三、实现过程(杨传玺,陈建华)1、 系统概述(简单介绍系统设计思路与总体方案的可行性论证,各功能块的划分与组成,全面介绍总体工作过程或工作原理。)已知单位负反馈系统的开环传递函数G(S)=——如——,试用频率法设S(S+l)(S+2)计串联滞后——超前校正装置,使之满足在单位斜坡作用下,系统的速度误差系数Kv=10s",系统的相角裕量/>45°,校正后的剪切频率0)c>、 设计与分析(详细介绍系统各功能块的选择、设计及工作原理分析、仿真,并介绍有关参数的计算及选择等,要求有原理图和结果图。)滞后-超前校止设计原理滞后-超前校止RC网络电路图如图1所示。C1 11 o 1 1 o++R]C2二二e(t) R2ri-m(t)图1滞后-超前校正RC网络下面推导它的传递函数:环)M(s)EG)哙+R,+丄2SC2(1+/?]C]S)(1+R?C?s)1+(R[G+R°C°+R]C.)s+R'C'RqCqS?令EC"如2,金风胡G+g+gQ,则G(M=(1+本)(1+忘)1+如(1+风s)JP丿其中7;为超前部分的参数,0为滞后部分的参数。滞后-超而校止的频域设计实际是超前校正和滞后校正频域法设计的综合,基木方法是利用滞后校止将系统校止后的穿越频率调整到超前部分的最大相角处的频率。具体方法是先合理地选择截止频率0,先设计滞后校止部分,再根据已经选定的0设计超前部分。应用频率法确定滞后超而校止参数的步骤:1、 根据稳态性能指标,绘制未校正系统的伯德图;2、 选择校止后的截止频率仪;3、 确定校止参数0;4、 确定滞后部分的参数迟;5、 确定超而部分的参数7;;6、 将滞后部分和超而部分的传递函数组合在一起,即得滞后-超而校止的传递函数;7、 绘制校止后的伯德图,检验性能指标。2滞后-,调整开环传递函数:r(X )(i+)当系统的静态速度误差系数K=lQS~l时,=(,。则K=20s~l满足初始条件的最小K值时的开环传递函数为r(x 105(1+s)(1+$):num二[10];den二[,,1,0];bo