自动控制原理课程设计的报告最终版,重庆邮电大学移通学院

...wd......wd......wd...成绩_______重庆邮电大学移通学院自动化系自动控制原理课程设计报告题目Ⅰ型三阶系统的典型分析与综合设计系别自动化系专业名称电气工程与自动化班级学号姓名孙猜胜指导教师重庆邮电大学移通学院自动化系制2014年12月摘要在控制系统中，对于一个设计者来说，在进展控制系统校正之前，首先应确信已对被控对象进展了尽可能的改善，即通过调整控制器的各项参数仍然无法满足系统性能指标的要求。这时必须在系统中引入一些附加装置来改善系统的稳态和瞬态性能，使其全面满足性能指标要求。本次课程设计研究的是Ⅰ型三阶系统，要求满足给定的期望指标。对于这个系统，需要在频域中建设原系统的数学模型。根据传递函数进展绘制bode图，从图中得出不满足各项指标时，那么通过期望的指标设计出bode图，得到校正装置的传递函数，从而得到校正后的传递函数。然后需Simulink仿真看是否到达所希望的指标，以及设计出校正后的系统模拟图，通过实验里的设备搭建实物电路，在输入阶跃响应时，观察示波器上波形，并进展与仿真对照。本系统单纯采用超前校正或滞后校正均只能改善系统暂态或稳态一个方面的性能，并且要求的性能都比较高，宜采用了串联滞后-超前校正装置。【关键字】校正性能指标校正装置AbstractInthecontrolsystem,foradesigner,beforeadjustmentforcontrolsystem,First,theaccusedshouldhavebeenidentifiedforpossibleimprovementoftheobject,byadjustingtheparametersofthecontrollerisstillunabletomeettherequirementsofsystemperformanceindex.Thenyoumustintroducesomeadditionaldevicesinthesystemtoimprovesteady-stateandtransientperformanceofthesystem,sothat，Itfullymeettheperformancerequirements.ThecurriculumdesignisthestudyoftheⅠthird-ordersystem,Requiredtomeettheexpectationsofagivenindex.Forthissystem,Needtoestablishamathematicalmodeloftheoriginalsysteminthefrequencydomain.Bodechartingbasedontransferfunction,Whentheresultsfromthefiguredoesnotmeetthetargets,bythedesiredindexdesignedbodediagram,getthecalibrationdeviceoftransferfunction,therebyobtainingthetransferfunctionofthecorrected.YouthenneedtoseeiftheSimulinksimulationtoachievethedesiredtargets,anddesignacorrectionaftersystemsimulationdiagram,Buildphysicalcircuitthroughexperimentequipment,Whenenteringthestepresponse,observedonanoscilloscopewaveform,andcontrolandsimulation.Thesystemusesasimplecorrectionorlagcorrectionaheadaretransientorsteady-statesystemcanonlyimproveoneaspectofperformance,Andperformancerequirementsarehigh,shouldadoptaserieslag-leadcorrectiondevice.Keywords：correctionperformanceindexcorrectingdevice目录?自动控制原理?课程设计(简明)任务书5一、系统说明〔概述〕61.1.设计目的61.2.系统原理〔简介〕61.3.各环节的性能、功能特性说明61.4.设计基本要求71.5.设计指标7二、系统建模82.1.各个环节模型82.2原系统方框图92.3.系统模拟电路图10三、系统分析113.1.稳定性分析113.2.频域分析113.3.MATLAB绘制原系统bode图123.4绘制原系统bode图〔手绘〕12四、系统综合134.1.利用期望指标绘制Bode图(手绘)134.2.确定参考模型134.3验算是否满足性能指标154.4校正装置的选取154.5.校正装置174.6.参数的选择174.7.系统综合过程表达〔Bode图上〕17五、系统物理模拟图195.1.原系统模拟图195.2.原系统单位阶跃响应曲线195.3.综合后系统模拟图205.4.综合后系统的单位阶跃响应曲线205.6Simulink仿真21六、实验室模拟226.1.原系统阶跃响应226.2.校正系统阶跃响应22七、总结237.1课程总结237.2心得体会23参考文献：24?自动控制原理?课程设计(简明)任务书设计题目：Ｉ型三阶系统的典型分析与综合设计系统说明：设单位反响系统开环传递函数为，试设计串联校正装置，使系统满足基本要求：1.用频率法分析系统：作原系统的Bode图；分析原系统的性能，当原系统的性能不满足设计要求时，那么进展系统校正。2.利用频率法综合系统：〔1〕画出串联校正构造图，分析并选择串联校正的类型〔微分、积分或微分-积分校正〕；〔2〕确定校正装置传递函数的参数；〔3〕画出校正后的系统的Bode图，并校验系统性能；假设不满足，那么重新确定校正装置的参数。〔4〕完成系统综合前后的有源物理模拟〔验证〕实验；课程设计报告：〔1〕课程设计计算说明书一份；〔2〕原系统组成构造原理图一张〔自绘〕；〔3〕系统分析，综合用bode图一张；〔4〕系统综合前后的模拟图各一张〔附实验结果图〕；〔5〕封面装帧成册；指导教师：马冬梅2014-12-12一、系统说明〔概述〕1.1.设计目的〔1〕掌握自动控制原理课程中所学的理论知识，提高分析和解决问题能力〔2〕掌握反响系统的基本理论和方法，对工程系统进展进展全面分析〔3〕掌握控制系统的设计与校正方法〔4〕掌握使用mathtype，visio，matlab中的Simulink的使用方法1.2.系统原理〔简介〕开环传递函数：该传递函数可由一个积分环节、两个惯性环节组成。方块图：图1-1Ⅰ型三阶系统的方框图1.3.各环节的性能、功能特性说明(1)比较环节将输入信号与输出反响回的信号进展比较，以改善放大器的静态和动态性能；(2)积分环节输出量与输入量成积分关系的环节，称为积分环节。特点：输出量与输入量的积分成正比例，当输入消失，输出保持不变，具有记忆功能；积分环节受到扰动自身无法到达稳定。(3)惯性环节一阶惯性环节的微分方程是一阶的，且输出响应需要一定时间后才能到达稳态值，因此称为一阶惯性环节。特点：输出信号对输入信号的响应存在惯性〔输入信号阶跃参加后，输出信号不能突然变化，只能随时间增加逐渐变化〕。(4)反响环节：根据输入与输出在广义上是否相等来调节系统使之误差减小。1.4.设计基本要求1．利用频率法分析系统：(1)作原系统的Bode图；(2)分析原系统性能，当原系统的性能不满足设计要求时，那么进展系统校正。2、利用频率法综合系统：(1)画出串联校正构造图，分析并选择串联校正的类型〔微分、积分或微分-积分校正〕；(2)确定校正装置传递函数的参数；(3)画出校正后的系统的Bode图，并校验系统性能；假设不满足，那么重新确定校正装置的参数。3、完成系统综合前后的有源物理模拟〔验证〕实验；1.5.设计指标用串联校正的频率域方法对系统进展串联校正设计，使系统满足以下动态及静态性能指标：静态速度误差系数：；调节时间：；超调量：%%；二、系统建模2.1.各个环节模型〔1〕比较器图2-1比较器〔2〕积分环节图2-2积分模拟图构造方框图：图2-3输入：输出：〔3〕惯性环节图2-4惯性环节模拟图构造方框图：图2-5输入：输出：同理第三个也是一阶惯性环节，传递函数为：2.2原系统方框图图2-6原系统方框图简化框图：图2-7单位闭环传递函数框图2.3.系统模拟电路图图2-8原系统物理模拟图三、系统分析3.1.稳定性分析闭环传递函数：特征方程：根据劳斯判据：即：求得：即当系统才稳定。3.2.频域分析1).求幅值穿越频率：求得：2).相角裕度：求得：；即系统不稳定。3.3.MATLAB绘制原系统bode图程序如下：s=tf('s');G=70/s/(0.1s+1)/(0.02s+1);margin(G)图3-1原系统bode图由图可知，相角裕度为-3.26，截止频率为24.1，可以得出原系统结论：该系统不稳定。3.4绘制原系统bode图〔手绘〕见附录一四、系统综合4.1.利用期望指标绘制Bode图 (手绘)见附录二4.2.确定参考模型(1)期望的开环截止频率：要求，取；由：要求，取；由：又综合分析取整数值为。(2)计算中频段宽度：，为得到较宽的频带取。(3)计算各转折频率：为了简化装置，在高端取系统的固有转折，即：，，在低频时可以取。过作斜率的斜线与固有系统的低频段相交，可以求得第一衔接点为：得：得：其中：〔为原系统第一个拐点对应的频率〕校正前后曲线相减作图求得校正装置的传递函数：(4)校正后的开环传递函数：4.3验算是否满足性能指标(1)相位裕度：(2)谐振峰值：(3)超调量：(4)调节时间：其中：可知：4.4校正装置的选取(1)滞后电路图：图4-1滞后装置模拟图传递函数：对数幅频特性：图4-2对数幅频特性(2)超前电路图：图4-3超前装置模拟图传递函数：对数幅频特性：图4-4对数幅频特性4.5.校正装置图4-5校正装置模拟图对数幅频特性：图4-6校正的对数幅频特性4.6.参数的选择令：求得：4.7.系统综合过程表达〔Bode图上〕程序：s=tf('s');G=70*(0.5s+1)/s/(1.75s+1)/(0.028s+1)/(0.02s+1);margin(G)图4-7五、系统物理模拟图5.1.原系统模拟图图5-1原系统模拟图5.2.原系统单位阶跃响应曲线使用Simulink仿真：图5-2原系统Simulink仿真5.3.综合后系统模拟图图5-3校正后模拟图5.4.综合后系统的单位阶跃响应曲线使用MATLAB求阶跃响应的指标并返回值图5-4单位阶跃响应返回值在matlab中，通过输入阶跃