自動控制原理課程設(shè)計--晶閘管-直流電機調(diào)速系統(tǒng).doc

目錄第一章 設(shè)計內(nèi)容及要求1第二章 設(shè)計過程 3第三章 系統(tǒng)仿真模型的建立 8第四章 總結(jié)與體會 11參考文獻 1211 設(shè)計任務(wù)及設(shè)計過程（一）設(shè)計任務(wù)晶閘管-直流電機調(diào)速系統(tǒng)如圖所示 （ksm10）1、畫出未校正系統(tǒng)的根軌跡圖，分析系統(tǒng)是否穩(wěn)定。2、對系統(tǒng)進行串聯(lián)校正，要求校正后的系統(tǒng)滿足指標：（1）相角穩(wěn)定裕度Pm40 , 幅值穩(wěn)定裕度Gm13。（2）在階躍信號作用下，系統(tǒng)超調(diào)量Mp25%，調(diào)節(jié)時間Ts40 , 幅值穩(wěn)定裕度Gm13。（2）在階躍信號作用下，系統(tǒng)超調(diào)量Mp25%，調(diào)節(jié)時間Ts0.15秒。從下圖可以看出未校正的伯德圖中可以看出；系統(tǒng)不滿足校正要求，輸入以下函數(shù)：n1=10;d1=4.099e-007 0.0002695 0.01476 0.1925;sys1=tf(n1,d1); z,p,k=tf2zp(n1,d1);z1=z -1;p1=-598.6366 -38.4242 -20.4167 -170sys=zpk(z1,p1,k);w=logspace(-1,5);figure(1);bode(sys,w);margin(sys);figure(2);nyquist(sys);figure(3);rlocus(sys)grid on;校正后的伯德圖：從上圖可以看出，校正后的伯德圖中，pm=51.5,gm=13.4,通過計算可知其系統(tǒng)超調(diào)量Mp=20%25%，調(diào)節(jié)時間Ts=0.8秒0.15秒。滿足系統(tǒng)的要求。3、分別畫出校正前，校正后和校正裝置的幅頻特性圖。校正前的幅頻特性：校正后的幅頻特性：校正裝置的幅頻特性：4、給出校正裝置的傳遞函數(shù)：G（s）=s+1/s+170;從第一個未校正的伯德圖中可以看到系統(tǒng)的指標不滿足要求，此時幅值裕度和相角裕度都偏小，考慮添加一個較小的零點，為-1，加上零點后，發(fā)現(xiàn)幅值裕度依然偏小，但是相交裕度滿足了要求，這時候再加上一個極點，經(jīng)過幾次的嘗試得到極點-170可以滿足給定的幅值裕度。此時滿足第一個性能指標，在經(jīng)過超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間的計算公式來計算相應(yīng)的值，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)滿足指標超調(diào)量Mp=20%25%，調(diào)節(jié)時間Ts=0.8秒0.15秒。5、分別畫出系統(tǒng)校正前、后的開環(huán)系統(tǒng)的奈奎斯特圖，并進行分析。校正前：校正后：分析：由圖可以看出，校正前是繞（-1，0j）1圈，即R=1，由奈氏判據(jù)得，p=0所以Z不等于0，閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。校正后的奈氏曲線未繞（-1，0j）點，R=0，則Z等于0，閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定。6、 分別畫出系統(tǒng)校正前、后的的根軌跡圖。校正前：n1=10;d1=4.099e-007 0.0002695 0.01476 0.1925;sys1=tf(n1,d1); z,p,k=tf2zp(n1,d1);z1=z -1;p1=-598.6366 -38.4242 -20.4167 -170sys=zpk(z1,p1,k);w=logspace(-1,5);figure(1);bode(sys,w);margin(sys);figure(2);nyquist(sys);figure(3);rlocus(sys)grid on;從以上的校正后的根軌跡圖可以看出，系統(tǒng)穩(wěn)定。第三章 系統(tǒng)建模與仿真7、在SIMULINK中建立系統(tǒng)的仿真模型，在前向通道中分別接入飽和非線性環(huán)節(jié)和回環(huán)非線性環(huán)節(jié)，觀察分析非線性環(huán)節(jié)對系統(tǒng)性能的影響。這是未加環(huán)節(jié)時的scope：加上飽和非線性環(huán)節(jié)：在下圖中加入的是saturation 模塊是限幅的飽和特性模塊，作用是對輸入信號進行限幅。加上回環(huán)非線性環(huán)節(jié)：下圖中加入的是backlash模塊，是磁滯回環(huán)特性模塊從上圖可以看出，加入非線性環(huán)節(jié)后，系統(tǒng)的增益有所下降，系統(tǒng)變得更加穩(wěn)定。8、 應(yīng)用所學(xué)的知識分析校正器對系統(tǒng)性能的影響（自由發(fā)揮）。 當未校正系統(tǒng)不穩(wěn)定，且要求校正后系統(tǒng)的響應(yīng)速度，相角裕度和穩(wěn)態(tài)精度較高時，以采用串聯(lián)滯后超前校正為宜。超前校正利用其超前校正相位特性，獲得系統(tǒng)所需的超前相位量，故可以改善系統(tǒng)穩(wěn)定裕度，而超前改變穩(wěn)定裕量較小，有時要采取兩次超前校正。滯后校正是其的高頻衰減特性，使幅值穿越頻率下降，從而提高相位裕度?？梢越档透哳l噪音。滯后-超前校正使其超前部分來增加系統(tǒng)的相角裕度，同時其滯后部分來改善系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度?？偨Y(jié)與體會： 在這次的課程設(shè)計之前，對于自控控制原理的相關(guān)知識，我們重新翻看好幾遍以前的書本。在校正設(shè)計時候，在試取值時需要對校正原理較好的理解才能取出合適的參數(shù)，期間我們也不是一次就成功，選了幾次才選出比較合適的參數(shù)。這種不斷嘗試的經(jīng)歷讓我們養(yǎng)成一種不斷探索的科學(xué)研究精神，我想對于將來想從事技術(shù)行業(yè)的學(xué)生這是很重要的。每一次課程設(shè)計都會學(xué)到不少東西，這次當然也不例外。不但對自動原理的知識鞏固了，也加深了對MATLAB這個強大軟件的學(xué)習和使用。 同時，通過這次期末的課程設(shè)計，使我認識到自己這學(xué)期對這門課程的學(xué)習還遠遠不夠，還沒有較好地將書本中的知識較好地融合，這為我在以后的學(xué)習中敲了一記警鐘參考文獻：1 薛定宇.控制系統(tǒng)計算機輔助設(shè)計-MATLAB語言及應(yīng)用. 清華大學(xué)出版社.1996年2 高國燊.自動控制原理.華南理工大學(xué)出版社.2013年3 曹戈. MATLAB教材及實訓(xùn).機械工業(yè)出版社.2008年4 龔劍.MATLAB入門與提高.清華大學(xué)出版社.2003年5胡壽松.自動控制原理.科學(xué)出版社.2008年6樓順天.基于MATLAB的系統(tǒng)分析與設(shè)計.西安電子科技大學(xué)出版社.1999年