自控课程设计.doc

上海电力学院控制原理应用课程设计240325504课号:测控技术与仪器(电站方向)业:专班级:班2012153名:姓徐建红20122600号:学贾再一指导教师:一、船舶航向的自动操舵控制系统介绍.....................2二、实践课题................................................................21)实际控制过程........................................................22)控制设计要求......................................................3三、控制对象的分析....................................................3四、控制对象的设计(根轨迹设计与实现).............4五、使用rltool工具实现期望系统..............................8六、实验小结..............................................................151一、船舶航向的自动操舵控制系统介绍自动操舵仪,是能自动控制舵机(见舵设备)以保持船舶按规定航向航行的其它是在通常的操舵装置上加装自动控制部分而成。设备。又称自动操舵装置。工作原理是:根据罗经显示的船舶航向和规定的航向比较后所得的航向误差信号,即偏航信号,控制舵机转动舵并产生合适的偏舵角,使船在舵的作用下,转船舶在大海向规定的航向。自动操舵仪具有自动操舵和手动操舵两种工作方式。可减轻舵工劳动强度和提高航向保持的精度,采用自动操舵方式,中直线航行时,采用手动操船舶在能见度不良或进出港时,从而相应缩短航行时间和节省能源;舵方式,具有灵活、机动的特点。年初研制第一台在船上安装使用的自动操舵仪由德国的安许茨公司于1920成功。此后经历了三个发展时期,有三代产品。第一代为机械式自动操舵仪,第年代出现的自适应自动操7050二代为年代出现的机电式自动操舵仪,第三代是舵仪。二、实践课题1)实际控制过程船舶航行时是利用舵来控制的,现代的船舶装备了自动操舵仪。其主要功能是自动的,高精度的保持或者改变船舶航行方向。当自动操作仪工作时,通过负反馈的控制方式,不断把陀螺罗经送来的实际航向与设定的航向值比较,将其差值放大以后作为控制信号来控制舵机的转航,使船舶能自动的保持或者改变到给定的航行上。由于船舶航向的变化由舵角控制,所以在航向自动的操舵仪工作时,存在舵机(舵角),船舶本身(航向角)在内的两个反馈回路:舵角反馈和航向反馈。对于航迹自动操舵仪,还需构成位置反馈。当尾舵的角坐标偏转δ,会在引起船只在参考方向上(如正北)发生某一固定的偏转ψ,他们之间是由方程可由Nomoto方程表示:??-k(1?T3*s)??(1?T1*s)*(1?T2*s)。传递函数有一个负号,这是因为尾舵的顺时针的转2动会引起船只的逆时针转动。由此动力方程可以看出,船只的转动速率会逐渐趋向于一个常数,因此如果船只以直线运动,而尾舵偏转一恒定值,那么船只就会以螺旋形的进入一圆形运动轨迹(因为转动的速率为常数)。把掌舵齿轮看成一简单的惯性环节,即方向盘转动的角度引起尾舵的偏转。将系统合成。如图所示:图1:自动操舵控制系统已知某950英尺长的中型油轮,重150000t,其航向受控对象的表达式为Gp(s)=*10^6(s+)/s(s+)(s+)(s-),罗盘(传感器)的参数为1。2)控制设计要求试设计一个控制器Gc(s)代替原来的比例控制器,使得控制系统的性能指标满足要求:①超调量小于5%;②ts<275s。三、控制对象的分析由于整个传递函数中存在位于S右半平面的极点,p4=,所以系统不稳定。需要对其进行校正使其趋于稳定并满足性能指标。因为系统的性能指标给定的形式是时域形式,用根轨迹对控制器进行校正较为方便与准确。系统的动态性能取决于它的闭环极点和零点在s平面上的分布。因此,用根轨迹法设计控制3器,就是通过选择控制器的零点和极点来满足预定的系统系能指标。增加开环零点,相当于增加微分作用,使根轨迹向左移动或弯曲,从而提高了系统的相对稳定性;增加开环零点,有可能和某个极点构成偶极子,则两者相互抵消,因此加入一个零点可抵消有损于系统性能的极点。用根轨迹进行串联控制器的设计方法主要有超前校正法和滞后校正法。因为本题的期望主导极点在原根轨迹的左侧,所以加入超前校正装置(一对零极点,极点位于零点左侧),选择零极点的位置,以使系统根轨迹通过期望主导极点。若在主导极点位置的静态特性不满足要求,则