高速列车倾斜控制系统分析与综合设计

北方民族大学控制系统仿真与设计综合实训北方民族大学实训报告系（部、中心）电气信息工程学院姓名学号专业自动化班级191同组人员课程名称控制系统仿真与设计综合实训实训题目名称高速列车倾斜控制系统分析与综合设计起止时间成绩指导教师签名 北方民族大学教务处制目录引言21.1系统说明21.2设计指标21.3基本要求2校正前系统性能分析32.1稳态性能32.2动态性能5校准装置设计63.1控制系统类型分类63.2系统建模63.3频域法进行校正6校正后系统性能分析84.1运用matlab进行时域仿真84.2运用matlab进行频域仿真94.3时域性能结果10设计总结及心得体会115.1设计总结及心得体会11参考文献…………12一、引言1.1系统说明高速列车的倾斜控制系统如图所示，设计一个合适的校正网络，使系统阶跃响应超调量小于5%，调节时间小于0.6%（2%准则），并使系统对斜波输入响应的稳态误差小于15%。然后，计算系统的实际响应并检查试验结果。图1控制系统结构图1.2设计指标1、系统对斜波输入响应的稳态误差小于15%，Kv=6.7；2、系统对阶跃输入的超调量小于5%；3、按2%准则调节时间ts不超过0.5s。1.3基本要求1、对原系统进行稳定性分析；2、利用频率域方法分析系统：（1）作原系统的Bode图；（2）分析原系统的性能，当原系统性能不满足设计要求时，则进行系统校正。3、利用频率域方法综合系统：（1）画出串联校正结构图，分析并选择串联校正的类型（微分、积分和微分-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；若不满足，则重新确定校正装置的参数。4、实现校正前、后系统，并得到校正前后系统的阶跃响应。5、由上述结果，你可以得出怎样的结论。二、校正前系统性能分析2.1稳态性能（1）稳定性分析GG特征方程：s劳斯表：s3s2S500×60-1×12s0由于该表第一列没有符号变化且全部大于0，故该系统稳定（2）稳态误差因给定斜坡输入响应，故r（t）=t，R（t）=1s则Kv=limsess=（3）Bode图num=[12];den=[1605000];w=logspace(-2,3,100);bode(num,den,w);gridon;title(‘BodeDiagramofG(s)=12/[s(s+10)(s+50)]’)2.2动态性能Simulink仿真系统框图和单位阶跃响应曲线仿真系统框图单位阶跃响应三、校准装置设计3.1控制系统类型分类本实验采用超前校正超前校正是利用校正装置的相位超前特性来增加系统的相位稳定裕量，利用校正装置幅频特性曲线的正斜率段来增加系统的穿越频率,从而改善系统的平稳性和快速性。为了最大限度地利用其相位超前特性来增加系统的相位稳定裕量，一般选择校正装置的最大超前相角φm。出现在系统新的穿越频率ωc‘处。

超前校正的特点：增益和型次未改变，稳态精度变化不大，加快了系统的响应速度，即改善系统的瞬态性能。3.2系统建模3.3频域法进行校正基于超前校正装置的传递函数为Gc则校正后系统的开环传递函数为Gc(Gos式中，K=Kcα。调整增益K，使之满足对Kv=lims由此可得K=335012=279.16Gk(s)= T=0.15校正环节伯德图：四、校正后系统性能分析4.1运用matlab进行时域仿真阶跃响应曲线4.2运用matlab进行频域仿真num=[502.53350]den=[0.085.81005000]w=logspace(-2,3,100)bode(num,den,w)gridonBode图4.3时域性能结果由系统框图知；Kv=3350/500=6.7;=1/6.7=14.9%<15%符合题意。2.由阶跃信号曲线如图知；ctp=1.033；Mp=ctp-c(∞)3.当∆=0.02时，由图阶跃响应曲线知t(s)=0.45<0.5符合题目要求五、设计总结及心得体会这次自动控制原理课程设计为期一周，而且又赶在期末时期，所以我们在忙着做课程设计的同时也在忙着复习，所以总的来说是感觉时间十分紧。整个课程设计有三个任务，做系统结构图、计算传递函数，选择参数，相频和时域分析，系统校正。每个环节都需要我们认真做好，不能有一丝马虎，同时，组员直接也要有合作精神。然后就是校正前后的性能比较。学会用仿真软件又是我要掌握的一项。在经过学习，请教后，我能轻松的画出自己想要的图形。看着最终的成果，还是觉得受益匪浅的。最后就是文字的排版，这次设计排版看着是最轻松的工序，但其实也一点就不轻松。因为不仅仅我们有很多的文字性东西要叙述，中间还夹杂了很多其他的公式。而公式又必须得用公式编辑器来慢慢的一个一个输入，公式数完了，然后又有的简单图形需要用电脑画出来，总的来说，这些都是些仔细活，需静下心来慢慢做。说实话，有时做久了，心了真的很烦躁，但最后看见了自己的劳动成果显现在自己眼前的时候，先前的那种无赖、毛躁即刻不见，换而取代的是一种小有成就幸福感……总之这次课程设计，让我收获了很多，不仅仅是熟悉了一下书本知识，更让我明白了坚持、认真的重要性。也让我有机会将课堂上所学的理论知识运用到实际中。并通过对知识的综合利用，进行必要的分析，比较。从而进一步验证了所学的理论知识。同时，这次课程设计也为我们以后的学习打下基础。指导我们在以后的学习，多动脑的同时，也可以动动手。善于自己去发现并解决问题。希望在以后的时间里加强自省能力，学以致用！六、参考文献参考文献【1】姜启源，谢金星，叶俊.数学模型(第三版)[M].北京：高等教育出版社，2003.8.【2】孙亮，杨鹏.自动控制原理[M].北京：北京工业大学出版社，1999.9.【3】毕云飞，李世平.新概念office2003三合一图解教程[M].北京：清华大学出版社，2004.9.