自動控制原理課程設計--電動車控制系統(tǒng)校正

1、<p>　　電動車車速控制系統(tǒng)校正</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　一、研究內容2</b></p><p><b>　　1、研究內容2</b></p><p><b>　　2、控制原理圖3</b>&l

2、t;/p><p><b>　　二、系統(tǒng)建模3</b></p><p><b>　　1、系統(tǒng)分析3</b></p><p>　　2、簡化系統(tǒng)模型4</p><p><b>　　三、時域分析4</b></p><p><b>　　1、穩(wěn)定性分析

3、5</b></p><p>　　2、穩(wěn)態(tài)誤差分析5</p><p>　　3、動態(tài)特性指標5</p><p><b>　　4、調整系統(tǒng)7</b></p><p>　　四、根軌跡分析10</p><p><b>　　1、根軌跡10</b></p>

4、;<p>　　2、系統(tǒng)特性分析11</p><p><b>　　五、頻域分析14</b></p><p>　　1、系統(tǒng)伯德圖、奈奎斯特圖14</p><p>　　2、系統(tǒng)性能分析15</p><p><b>　　六、小組分工17</b></p><p>

5、;<b>　　七、感受心得17</b></p><p><b>　　一、研究內容</b></p><p><b>　　1、研究內容</b></p><p>　　通過車手柄轉手產生不同扭矩，電源輸入不同的電壓值（不穩(wěn)定），改變直流電機的電流輸出值，從而影響電機的轉速，改變車速。車速通過轉速計反饋給輸入

6、的電壓值，然后進一步穩(wěn)定輸出車速，如此反復，直到車速達到一定的穩(wěn)定狀態(tài)（在一定范圍內變化），表現為和輸入的扭矩呈線性關系。</p><p><b>　　2、控制原理圖</b></p><p><b>　　二、系統(tǒng)建模</b></p><p><b>　　1、系統(tǒng)分析</b></p>&l

7、t;p>　　控制對象：直流電機 擾動量：電機的負載阻力轉矩</p><p>　　輸入量：電壓U（轉矩） 輸出量：輸出車速 n</p><p><b>　　2、簡化系統(tǒng)模型</b></p><p>　　由電路圖可知系統(tǒng)由 一個積分環(huán)節(jié)、一個一階微分環(huán)節(jié)、兩個性環(huán)節(jié)組成，故其傳遞函數和方框圖有：</p>&l

8、t;p><b>　　R（s）C(s)</b></p><p><b>　　-1</b></p><p>　　R（s） C(s)</p><p><b>　　-1</b></p><p>　　Wk=Kk(τ0S+1)/[s(τ1S+1)( τ2S+1)]</p&

9、gt;<p>　　WB=Wk/(1+ Wk Wf)</p><p><b>　　三、時域分析</b></p><p>　　取單位反饋，令τ0=0.5， τ1=1， τ2=4對系統(tǒng)進分析</p><p><b>　　1、穩(wěn)定性分析</b></p><p><b>　　特征方程有

10、：</b></p><p>　　τ1τ2S^3+(τ1+τ2)S^2+(τ0 Kk+1)S+ Kk = 0</p><p>　　S^3 4 0.5K+1 </p><p>　　S^2 5 K</p><p>　　S^1 1-0.3K 0<

11、;/p><p>　　S^0 K</p><p>　　故開環(huán)增益 0< Kk＜3.333</p><p><b>　　2、穩(wěn)態(tài)誤差分析</b></p><p>　　系統(tǒng)為1型系統(tǒng) 故 Kv = Kk，輸入信號為x(t)=a*1+b*t+0.5*c*t</p><p>　　eSS =

12、 a*0 + b/K + c*∞</p><p>　　由此可以得出，增大K或者提升系統(tǒng)的型別可以減少系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差</p><p><b>　　3、動態(tài)特性指標</b></p><p>　　在Metlab中編程可得其性能參數</p><p>　　由此可知系統(tǒng)的 開環(huán)放大系數K k越大系統(tǒng)就越趨于不穩(wěn)定狀態(tài)，過小則會使系統(tǒng)反

13、應較慢，此系統(tǒng)合適的Kk在0.1附近。</p><p><b>　　4、調整系統(tǒng)</b></p><p>　　由于Kk的值太小，沒有實現信號的放大，加入微分環(huán)節(jié)調大Kk，此時系統(tǒng)開環(huán)函數為</p><p>　　Wk=Kk[(τ0S+1)(aS+1)] /[S (τ1S+1)( τ2S+1)] </p><p>　　令a

14、=0.5，特征方程有：</p><p>　　τ1τ2S^3+(τ1+τ2+τ0*a)S^2+((a+τ0 )Kk +1)S+ Kk = 0</p><p>　　S^3 4 K+1 </p><p>　　S^2 5+0.25K

15、 K</p><p>　　S^1 (0.25K^2+1.25K+5)/(5+0.25K)</p><p>　　S^0 K</p><p>　　K可以使任意正數，系統(tǒng)都保持穩(wěn)定。</p><p><b>　　穩(wěn)態(tài)誤差:</b></p><p>　　

16、eSS = a*0 + b/K + c*∞</p><p>　　由此可知，加入微分環(huán)節(jié)會增大Kk,系統(tǒng)的超調量會先增加后減小，同時會使系統(tǒng)的響應速度提高，tr、tp、ts 都會減小，但K太大，系統(tǒng)可控性就會減弱，調整a,使K在合理范圍內。</p><p>　　使K=15，改變a，在Metlab中編程，得出性能指數和圖形</p><p>　　隨著a的增大，系統(tǒng)的震蕩性

17、減弱，超調量下降，選取a=2.5此時放大倍數有開始的0.1調大到15，系統(tǒng)的各項參數都達到很好的范圍。</p><p><b>　　四、根軌跡分析</b></p><p><b>　　1、根軌跡</b></p><p>　　Wk=Kk(τ0S+1)/[s(τ1S+1)( τ2S+1)]</p><p&g

18、t;　　取單位反饋，令τ0=0.5， τ1=1， τ2=4對系統(tǒng)進分析</p><p>　　臨界穩(wěn)定的增益和極點：</p><p>　　K=2.89 -p1= -1.2306 + 0.0000i –p2 = -0.0097 + 0.7666i </p><p>　　–p3= -0.0097 - 0.7666i</p><p>

19、;<b>　　加入微分環(huán)節(jié) 有</b></p><p>　　Wk=Kk[(τ0S+1)(aS+1)] /[S (τ1S+1)( τ2S+1)]</p><p>　　令a=0.5(兩個零點重合)有 </p><p>　　阻尼比最小處：K=2.8795 </p><p>　　-p1=-1.1344 + 0.0000i

20、 -p2= -0.1478 + 0.7828i </p><p>　　-p3=-0.1478 - 0.7828i</p><p>　　由此可知加入微分環(huán)節(jié)之后，系統(tǒng)的穩(wěn)定性大大提高</p><p><b>　　2、系統(tǒng)特性分析</b></p><p>　　改變a的值，a=0.3</p><p>　

21、　距離虛軸更近，阻尼比最小處 k =6.0557</p><p>　　poles = -1.2670 + 0.0000i -0.1051 + 1.0881i</p><p>　　-0.1051 - 1.0881i:</p><p>　　極點與零點重合,此時最小阻尼比處 k =1.3136</p><p>　　poles = -1

22、.0000 + 0.0000i -0.2071 + 0.5343i</p><p>　　-0.2071-0.5343i </p><p>　　k = 0.3213</p><p>　　poles =-0.9066 + 0.0000i -0.2219 + 0.1984i</p><p>　　-0.2219 - 0.1984i

23、</p><p>　　極點與零點重合，最小阻尼比處 k =1.9672</p><p>　　poles = -0.9918 + 0.9917i -0.9918 - 0.9917i</p><p>　　-0.2500 + 0.0000i</p><p><b>　　k =1.2503</b></p>

24、<p>　　poles = -0.9188 + 0.8768i -0.9188 - 0.8768i</p><p>　　-0.1938 + 0.0000i</p><p>　　隨著a的增大的（在一定范圍內），最小阻尼增大，系統(tǒng)的超調量減小，趨于穩(wěn)定，震蕩性減弱，相應速度加快。</p><p><b>　　五、頻域分析</b>&l

25、t;/p><p>　　1、系統(tǒng)伯德圖、奈奎斯特圖</p><p>　　Wk=Kk(τ0S+1)/[s(τ1S+1)( τ2S+1)]</p><p>　　取單位反饋，令τ0=0.5， τ1=1， τ2=4對系統(tǒng)進分析</p><p>　　截止頻率ωc = 0.45 ；相角裕度η=17.38 ；幅值裕度h=4.14</p><p

26、><b>　　2、系統(tǒng)性能分析</b></p><p><b>　　加入微分環(huán)節(jié) 有</b></p><p>　　Wk=Kk[(τ0S+1)(aS+1)] /[S (τ1S+1)( τ2S+1)]</p><p><b>　　令a=0.1有 </b></p><p>　　

27、截止頻率ωc = 0.45 ；相角裕度η=19.94 ；幅值裕度h=7.78</p><p>　　截止頻率ωc = 0.62 ；相角裕度η=64.59 </p><p>　　隨著a的增大，相角裕度增大，截止頻率增大，幅值裕度會增大而后減小，但系統(tǒng)的穩(wěn)定性良好</p><p><b>　　六、小組分工</b></p><p&g