自動控制課程設計---超前校正系統分析與設計_第1頁
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文檔簡介

1、<p><b>  課程設計</b></p><p><b>  課程設計任務書</b></p><p>  題 目: 超前校正系統分析與設計</p><p>  初始條件:某單位反饋控制系統結構圖如下: </p><p>  要求完成的主要任務: (包括課程設計工作量及其技術要求,以及

2、說明書撰寫等具體要求)</p><p>  求K=70000時的相位裕度和幅值裕度</p><p>  求相位裕度為70°時的K值</p><p>  求相位裕度為0°時的K值</p><p>  用Matlab繪制K=5000時的Bode圖和Nyquist圖</p><p>  用Matlab繪制

3、根軌跡</p><p>  K=100000,擾動為階躍信號,為使穩(wěn)態(tài)誤差≤0.1,允許的擾動信號的最大幅值是多少?(輸入信號為0)</p><p>  如果實際擾動大于上一步計算的允許值,怎樣解決?詳述理由</p><p>  認真撰寫課程設計報告。</p><p><b>  時間安排:</b></p>

4、<p>  指導教師簽名: 年 月 日</p><p>  系主任(或責任教師)簽名: 年 月 日</p><p><b>  目錄</b></p><p><b>  摘要3</b></p><p&

5、gt;  超前校正系統分析與設計4</p><p><b>  1、求未知參數4</b></p><p><b>  1.1系統分析4</b></p><p>  1.2 求K=70000時的相位裕度和幅值裕度4</p><p>  1.3 相角裕度為70時K值大小5</p>

6、<p>  1.4 相角裕度為0時K值大小6</p><p>  2.用matlab畫相應圖形7</p><p>  2.1當K=5000時,其Bode圖和Nyquist圖7</p><p>  2.2 用Matlab繪制根軌跡9</p><p>  3.允許的擾動信號的最大幅值9</p><p>

7、;  4.擾動的解決方法10</p><p><b>  5.心得體會10</b></p><p><b>  參考文獻11</b></p><p>  本科生課程設計成績評定表12</p><p><b>  摘要</b></p><p>  

8、MATLAB是一個包含大量計算算法的集合。其擁有600多個工程中要用到的數學運算函數,可以方便的實現用戶所需的各種計算功能。函數中所使用的算法都是科研和工程計算中的最新研究成果,而前經過了各種優(yōu)化和容錯處理。在通常情況下,可以用它來代替底層編程語言,如C和C++ 。在計算要求相同的情況下,使用MATLAB的編程工作量會大大減少。MATLAB的這些函數集包括從最簡單最基本的函數到諸如矩陣,特征向量、快速傅立葉變換的復雜函數。函數所能解決的

9、問題其大致包括矩陣運算和線性方程組的求解、微分方程及偏微分方程的組的求解、符號運算、傅立葉變換和數據的統計分析、工程中的優(yōu)化問題、稀疏矩陣運算、復數的各種運算、三角函數和其他初等數學運算、多維數組操作以及建模動態(tài)仿真等。</p><p>  此次課程設計就是利用MATLAB對一單位反饋系統進行滯后-超前校正。通過運用MATLAB的相關功能,繪制系統校正前后的伯德圖、根軌跡和階躍響應曲線,并計算校正后系統的時域性能

10、指標。</p><p>  所謂校正,就是在系統中加入一些其參數可以根據需要而改變的機構或裝置,使系統整個特性發(fā)生變化,從而滿足給定的各項性能指標。系統校正的常用方法是附加校正裝置。按校正裝置在系統中的位置不同,系統校正分為串聯校正、反饋校正和復合校正。按校正裝置的特性不同,又可分為PID校正、超前校正、滯后校正和滯后-超前校正。</p><p>  在系統響應速度要求不高而抑制噪聲電平性

11、能要求較高的情況下,可以考慮采用串聯滯后校正。此外,如果待校正系統已具備滿意的動態(tài)性能,僅穩(wěn)態(tài)性能不能滿足指標要求,也可以采用串聯滯后校正以提高系統的穩(wěn)態(tài)精度,同時保持其動態(tài)性能仍然滿足性能指標要求。</p><p>  關鍵字:超前-滯后校正 MATLAB 伯德圖 時域性能指標</p><p>  超前校正系統分析與設計</p><p>  1、已知某一參數

12、求未知參數</p><p><b>  1.1系統分析</b></p><p>  由結構圖可列以下幾式:</p><p>  G= 1-1</p><p>  G= 1-2</p><

13、;p>  = GG 1-3</p><p>  將1-1、1-2式代入1-3式中,得系統開環(huán)傳遞函數:</p><p>  = 1-4</p><p>  1.2 求K=70000時的相位裕度和幅值裕度</p><p>  當K=

14、70000時,帶入1-4式中,用matlab計算,得:</p><p>  num=[70000 70000]</p><p>  den=conv([1 5 0],[1 110 1000]);</p><p>  [kg,r,wg,wc]=margin(tf(num,den))</p><p>  Kg=2.918 r=17.077<

15、;/p><p>  故相角裕度 r=17.0077</p><p>  幅值裕度 h=20lg=7.2035</p><p>  1.3 相角裕度為70時K值大小</p><p>  利用matlab畫伯德圖,取不同K值,采用夾逼法得當相角裕度為70時K值的值,函數流程如下:</p><p>  Num=[1200

16、 12000]</p><p>  Den=conv([1 5 0],[1 110 1000])</p><p>  [kg,r,wg,wc]=margin(tf(num,den))</p><p>  Kg=13.3688 r=71.7675</p><p>  Num=[1300 13000]</p><p> 

17、 Den=conv([1 5 0],[1 110 1000])</p><p>  [kg,r,wg,wc]=margin(tf(num,den))</p><p>  Kg=12.3404 r=68.2320</p><p>  Num=[12484 12484]</p><p>  Den=conv([1 5 0],[1 110 100

18、0])</p><p>  [kg,r,wg,wc]=margin(tf(num,den))</p><p>  Kg=12.8505 r=70.0010</p><p>  因此當相角裕度為70時,可知K=12484</p><p>  1.4 相角裕度為0時K值大小</p><p>  方法同上,利用matlab

19、畫伯德圖,取不同K值,采用夾逼法得當相角裕度為0時K值的值,如下:</p><p>  Num=[160000 160000]</p><p>  Den=conv([1 5 0],[1 110 1000])</p><p>  [kg,r,wg,wc]=margin(tf(num,den))</p><p>  Kg=1.0027 r=0

20、.0507</p><p>  Num=[161000 161000]</p><p>  Den=conv([1 5 0],[1 110 1000])</p><p>  [kg,r,wg,wc]=margin(tf(num,den))</p><p>  Kg=0.9964 r=-0.683</p><p>  

21、Num=[160424 160424]</p><p>  Den=conv([1 5 0],[1 110 1000])</p><p>  [kg,r,wg,wc]=margin(tf(num,den))</p><p>  Kg=1.0000 r=1.1033e-004</p><p>  因此當相角裕度為0時,可得K=160424<

22、;/p><p>  2.用matlab畫相應圖形</p><p>  2.1當K=5000時,其Bode圖和Nyquist圖</p><p>  Num[5000 5000]</p><p>  Den=conv([1 5 0],[1 110 1000]);</p><p>  Bode(num,den)</p>

23、;<p>  圖2-1 bode圖</p><p>  Num[5000 5000]</p><p>  Den=conv([1 5 0],[1 110 1000]);</p><p>  Bode(num,den)</p><p>  Nyquist(num,den)</p><p>  畫出Nyqui

24、st圖</p><p>  圖2-2 Nyquist圖</p><p>  2.2 用Matlab繪制根軌跡</p><p><b>  圖2-3根軌跡圖</b></p><p>  3.允許的擾動信號的最大幅值</p><p>  K=100000,擾動為階躍信號,為使穩(wěn)態(tài)誤差≤0.1,求允許的

25、擾動信號的最大幅值</p><p>  e(∞)=s·E(s)</p><p><b>  =100R/K</b></p><p>  因為穩(wěn)態(tài)誤差≤0.1,故</p><p><b>  100R≤0.1K</b></p><p><b>  R≤100

26、</b></p><p>  即允許的擾動信號的最大幅值為100</p><p><b>  4.擾動的解決方法</b></p><p>  解決方法: 增大系統開環(huán)增益或者擾動作用點之前系統的前向通道增益。</p><p>  理由: 在本系統中,增大擾動點作用前系統的前向通道增益,使K值增大,穩(wěn)態(tài)誤差為1

27、00R/K,K值增大,致使穩(wěn)態(tài)誤差減小,也就是說,在誤差允許范圍內,使得擾動信號的最大允許幅度也隨之增大。</p><p><b>  心得體會</b></p><p>  在很多人眼中為期一周的課程設計是一種煎熬,確實,課設和我們習慣的單純的看書做題目不一樣,它更考驗我們對知識的理解和應用。通過這次自控的課程設計中我可謂受益匪淺。</p><p&

28、gt;  首先當然是對于課本知識的再學習和更深刻的理解,和做題目不一樣,在做課設時需要全方面的考慮問題,而不是單純的算出一個結果,雖說這個過程并不算是多么的漫長或艱難,但是這種經歷確實能讓我們養(yǎng)成一種不斷探索的科學研究精神,我想對于工學學生這個是很重要的。</p><p>  這次課設對我的另一大考驗就是MATLAB的應用,雖說之前也有過應用經歷。但是并沒有具體到在自動控制系統上的應用,所以自己查資料是必須的,對

29、于工科學生來說查資料也是必備的能力,有些問題在不會時看上去很可怕,但是在看過資料后才發(fā)現也沒有想象的那么難,這次課設中用到的MATLAB就比我之前想的要容易,提高我們的自學意識和自學能力,通過這次課設,我在查資料的能力上也確實得到了提高,除開圖書館,上網搜索也的確是不錯的選擇。</p><p>  無論是在學習還是在生活上只有自己有心去學習和參與才可能有收獲,這也算是課設給我知識之外的一點小小的感悟。在這次課程設

30、計的過程中,雖然開始有不少知識不是很了解,但通過查找資料以及咨詢同學和老師,最后都得到了解決,在尋找答案的過程中,我學到了很多平時缺少的東西,也使我深深認識到認真學習的重要性,平時看似不起眼的一些知識點在關鍵時刻卻有著重要的作用。通過這次對控制系統的滯后校正設計的分析,讓我對串聯滯后校正環(huán)節(jié)有了更清晰的認識,同時也學會了公式編輯器的基本使用方法,加深了對課本知識的進一步理解。</p><p>  同時,這次課程設

31、計讓我接觸到Matlab軟件,用它對控制系統進行頻域分析,大大簡化了計算和繪圖步驟,計算機輔助設計已經成為現在設計各種系統的主要方法和手段,因此熟練掌握各種繪圖軟件顯得尤為重要。在今后的學習中,我會發(fā)揮積極主動的精神,把所學知識與實踐結合起來,努力掌握Matlab等相關軟件的使用方法。</p><p>  在這次課程設計過程,也讓我深深地體會團隊精神的重要性。從課程設計的入手到最后分析,對于一個人來說可能是個不小

32、的挑戰(zhàn),注意到每個細節(jié)更是不易,我們班的各位同學在獨立思考的基礎上,遇到難題互相幫助,使各種難題得到了解決。</p><p>  通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的,僅有理論知識是遠遠不夠的,只有把所學的理論知識與實踐相結合起來,從理論中得出結論,才能真正為社會服務,從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設計過程中遇到的問題是很多的,但我想難免會遇到這樣或那樣的問題,同時在設計的過程中發(fā)

33、現了自己的不足之處,對以前所學過的知識理解得不夠深刻,掌握得不夠牢固……通過這次課程設計之后,一定把以前所學過的知識重新溫故。</p><p><b>  參考文獻</b></p><p>  [1] 王萬良.《自動控制原理》. 北京:高等教育出版社.,2008 </p><p>  [2] 劉叔軍.《MATLAB7.0控制系統應用與實例》.北

34、京:機械工業(yè)出版社,2006</p><p>  [3] 王正林.《MATLAB/Simulink與控制系統仿真》.北京:電子工業(yè)出版,2005 </p><p>  [4] 何衍慶. 《MATLAB語言的運用》. 北京:化學工業(yè)出版社,2003</p><p>  [5] 李素玲. 《自動控制原理》. 西安:西安電子科技大學出版社, 2007</p>

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