转子绕线机控制器的设计

武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书课程设计题目:转子绕线机控制器的设计初始条件：已知转子绕线机控制系统的开环传递函数是要求系统在单位斜坡输入作用下的稳态误差为，相角裕度。要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）作出满足初始条件的最小K值的未校正系统伯德图，计算系统的幅值裕度和相位裕度。在系统前向通路中插入一相位滞后校正装置，确定校正网络的传递函数。并用MATLAB画出已校正系统的伯德图，计算已校正系统的幅值裕量和相位裕量。画出未校正和已校正系统的根轨迹。用Matlab画出已校正系统的单位阶跃响应曲线、求出超调量、峰值时间、调节时间及稳态误差。课程设计说明书中要求写清楚计算分析的过程，列出MATLAB程序和MATLAB输出。说明书的格式按照教务处标准书写。时间安排：任务时间（天）指导老师下达任务书，审题、查阅相关资料2分析、计算2编写程序1撰写报告2论文答辩1指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录摘要 摘要自动控制技术已广泛应用于制造业、农业、交通、航空及航天等众多产业部门，极大地提高了社会劳动生产率，改善了人们的劳动条件，丰富和提高了人民的生活水平。在今天的社会生活中，自动化装置无所不在，为人类文明进步做出了重要贡献。为了实现各种复杂的控制任务，首先要将被控对象和控制装置按照一定的方式连接起来，再通过相应的物理公式和数学方法，将其模型化、公式化。通过自动控制原理，及其相关的技术，将不理想的系统，通过分析、校正等方式达到所要求的目标。而本次课程设计正是基于以上思路，对转子绕线机的控制器进行分析校正，使得它的静态误差及动态响应满足设计要求。通过MATLAB进行仿真分析，使用其绘制伯德图、根轨迹图等功能，完成系统的设计。关键词：自动控制原理滞后校正系统分析MATLAB1.设计目的与要求1.1设计的目的题目：已知转子绕线机控制系统的开环传递函数是要求系统在单位斜坡输入作用下的稳态误差为，相角裕度。1.2设计的要求作出满足初始条件的最小K值的未校正系统伯德图，计算系统的幅值裕度和相位裕度。在系统前向通路中插入一相位滞后校正装置，确定校正网络的传递函数。并用MATLAB画出已校正系统的伯德图，计算已校正系统的幅值裕量和相位裕量。画出未校正和已校正系统的根轨迹。用Matlab画出已校正系统的单位阶跃响应曲线、求出超调量、峰值时间、调节时间及稳态误差。课程设计说明书中要求写清楚计算分析的过程，列出MATLAB程序和MATLAB输出。说明书的格式按照教务处标准书写。2.设计方案与原理2.1设计的方案 根据题目分析，初步粗略计算发现，校正前截止频率为5.7°，相角裕度为11°，而设计要求为相角裕度到50°，且没有要求截止频率。 可以证明，当超前网络的a值渠道100时，系统的相角裕度仍不到50°，而截止频率却大大增加，考虑到本系统对截止频率要求不大，故选用串联之后校正。 利用滞后网络进行串联校正，是利用滞后校正的高频幅值衰减特性，使已校正的系统截止频率下降，从而使系统获得足够的相角裕度。因此，滞后网络的最大滞后角应力求避免发生在截止频率附近。2.2设计的原理 通过分析系统逐步确定其矫正系统参数，具体步骤如下：1.根据稳态误差要求求出K值；2.画出未校正系统的波特图，并求；3.波特图上绘制出曲线；4.根据稳态误差要求，求出校正系统的截止频率；5.根据公式和,可求出b和t;6.验证已校正系统的相位裕度和幅值裕度；3.设计分析与计算3.1校正前最小K值的系统频域分析已知转子绕线机控制系统的开环传递函数是：，稳态误差为，静态速度误差系数。3.2滞后校正3.2.1滞后校正函数的确定求滞后校正的网络函数可以按设计原理所讲述的方法进行求解，但过程比较麻烦，这里使用MATLAB进行编程求解的方法。操作简单，可快速得到结果。由于按设计要求幅值裕度。根据要求令相角裕度γ=50°并附加6°，即取γ=56°。设滞后校正器的传递函数为：校正前的开环传递函数为：用matlab编写滞后校正的程序代码如下：k0=500;n1=1;d1=conv(conv([10],[15]),[110]);Go=tf(k0*n1,d1);[mag,phase,w]=bode(Go);Mag=20*log10(mag);Pm=50;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([Tz1],[T1]) 图2滞后环节函数的计算得到结果为：3.2.2校正后的系统频域分析使用matlab检验是否符合要求，程序代码为：s1=tf(K*n1,d1);n2=[10.921];d2=[116.81];s2=tf(n2,d2);sys=s1*s2;[mag,phase,w]=bode(sys);margin(sys)图3系统校正后bode图由上图可知：MATLAB仿真结果为：Gm=32.8dBPm=77.7deg（符合设计要求） 4.系统校正前后的根轨迹4.1校正前的根轨迹由于系统未校正前的开环传递函数为：使用MATLAB画根轨迹代码如下：num=500den=conv(conv([1,0],[1,5]),[1,10])rlocus(num,den)title('控制系统未校正前根轨迹图')图4校正前根轨迹图4.2校正后的根轨迹系统校正后的开环传递函数为：使用MATLAB画根轨迹代码如下：num=500*[10.92,1]den=conv(conv([1,10],[116.8,1]),[1,5,0])rlocus(num,den)title('控制系统校正后根轨迹图')图5校正后根轨迹图图6校正后根轨迹局部放大图5.已校正系统的单位阶跃响应及仿真分析系统校正后的开环传递函数为：单位负反馈闭环传递函数为：使用MATLAB求校正后系统单位阶跃响应的性能指标代，代码如下：然后使用matlab中的LTIViewer工具，在MATLAB提示符后,输入ltiview，即可启动该图形软件。从File的下拉菜单中选中→import选项选择需要仿真的系统。选择窗口中的Lsys系统，并用鼠标点击OK。在画面中点击鼠标右键，选择“Characteristics”选项，再选择“PeakTime”项可得阶跃响应曲线中的峰值时间。在画面中点击鼠标右键，选择“Characteristics”选项，再选择“SettlingTime”、“RiseTime”、“SteadyState”选项可得阶跃响应曲线中的调节时间，上升时间,稳态值，单击各个点，图中显示相应的数据，可通过鼠标移动标注的位置。通过点击“Edit”菜单，在弹出的下拉菜单中选择“ViewerPreferences”项，设定阶跃响应的上升时间范围为最终稳态值的0~90%，调节时间的误差带为2%，即可得到系统校正后的单位阶跃响应曲线。基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究基于单片机系统的网络通信研究与应用基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究基于双单片机冲床数控系统的研究与开发基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现变频调速液压电梯单片机控制器的研究基于单片机γ-免疫计数器自动换样功能的研究与实现基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现单片机嵌入式以太网防盗报警系统基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现单片机监测系统在挤压机上的应用MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现与应用单片机在高楼恒压供水系统中的应用基于ATmega16单片机的流量控制器的开发基于MSP430单片机的远程抄表系统及智能网络水表的设计基于MSP430单片机具有数据存储与回放功能的嵌入式电子血压计的设计基于单片机的氨分解率检测系统的研究与开发锅炉的单片机控制系统基于单片机控制的电磁振动式播种控制系统的设计基于单片机技术的WDR-01型聚氨酯导热系数测试仪的研制一种RISC结构8位单片机的设计与实现基于单片机的公寓用电智能管理系统设