2022年自动控制课程方案多容水箱水位控制系统方案.docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用一、引言 自动掌握原理课程是自动化类专业的核心课程,它涉及到掌握 系统的分析设计参数的整定等多种问题,包括古典掌握理论 , 现代控 制理论等；作为电气工程及其自动化专业的同学,学好这门课程,对以后的工作或是进一步的深造都有很大的帮忙；在现代科学技术的众多领域中,自动掌握技术起着越来越重要 的作用；自动掌握是指在没有人直接参加的情形下,利用外加的设 备或装置,使机器,设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地 依据预定的规律运行；二、设计课题 多容水箱水位掌握系统设计设单位反馈的多容水箱水位掌握系统,其系统的开环传递函数为：错误 ！ 未 指 定 书 签 ；,用频域设计滞后 超前校正装置,使校正后系统满意以下指标：单位斜坡信号作用下速度误差系数；校正后相位裕量；,时域性能指标：超调量 30 ,调整时间；三、课程设计的目的及要求 通过课程设计,在把握自动掌握理论基本原理、一般电学系统自动掌握方法的基础上,用MATLAB实现系统的仿真与调试；要求依据所学掌握理论学问 <频率法或根轨迹法）进行人工设计校正装置,初步设计出校正装置传递函数形式及参数；要求在MATLAB下,用名师归纳总结 simulink进行状态仿真,在运算机上对人工设计系统进行仿真调第 1 页,共 10 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用试,使其满意技术要求；确定校正装置的电路形式及电路参数；完 成设计报告；四、设计过程及步骤（1）设计思想 在分析设计时,应用频域法设计滞后超前校正装置,其中 超前校正部分可以提高系统的相角裕量,同时使频带变宽,改善系 统的动态特性；滞后校正部分就主要用来提高系统的稳态特性；<Bode 图）来进 频率法设计校正装置主要是通过对数频率特性 行；开环对数频率特性的低频段打算系统的稳态误差,依据稳态性 能指标确定低频段的斜率和高度；为保证系统具有足够的稳固裕量,开环对数频率特性在剪切频率邻近的斜率应为20,而且应具有足够的中频宽度,为抑制高频干扰的影响,高频段应尽可能 快速衰减；基于频率法校正的基本思想是：第一讨论怎样改造原有系统的 频率特性,才能使系统的性能指标满意要求；然后依据改造原系统 频率特性的要求,确定在原系统中需要附加的校正装置；最终我们 确定校正装置的电路形式及电路参数； 2> 设计过程依据单位斜坡信号作用下速度误差系数可以求得,所以系统的开环传递函数为：名师归纳总结 绘制值下的系统的 Bode图第 2 页,共 10 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用MATLAB程序为： >> num=10；>> f1=1,0 ；f2=1,1；f3=0.25,1；>> den=conv f1,convf2,f3>>；>> bodenum,den> 1.由公式 运算得未校正系统的剪切频率,系统未校正时的相角裕量求得幅值裕量为 +8dB 得未校正时系统的频率为2,校正装置在此频率产生一个-8dB的增益,由以上条件及,可解得校正装置的参数名师归纳总结 选取所以第 3 页,共 10 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用从图上可得,即超前部分其次个转折频率选取,得超前部分传递函数为2.为了补偿超前校正部分带来的幅值衰减,可串入一放大器,放大倍数；与超前部分同理可以求得滞后部分的其次个转折频率为 并选取 =10,就滞后部分的第一个转折频率为故滞后部分的传递函数为3.综合以上内容可得滞后 超前校正装置的传递函数为由此可作出校正后的 Bode图如下所示：MATLAB程序为：>> f1=2,1 ；f2=5,1；>> num=convf1,f2> ；>> f3=0.2,1 ；f4=50,1 ；>> den=convf3,f4>；>> bodenum,den>名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用就校正后的系统的 Bode图如下所示 : MATLAB程序为：>> f1=5,1 ；f2=2,1；num=10*convf1,f2> ；>> f3=1,0 ；f4=1,1；f5=0.25,1；f6=0.2,1 ；f7=5,10；>> den=convf3,convf4,convf5,convf6,f7>>>> ；>> bodenum,den>名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 校验校正后系统的相角裕量为个人资料整理仅限学习使用,4. 时域性能指标的要求：对超调量和调剂时间要转换到开环频率域的性能指标由于由最大超调量 =而=2.6475 4.126 6s 验证校正后的系统是否满意设计的要求<时域指标与频域指标）很明显满意相角裕量条件和时域指标要求；名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用五、用 Simulink 对系统进行动态仿真为进一步验证校验后系统的性能,我们用Simulink对系统进行动态仿真1. 系统未校正时在单位斜坡信号作用下的响应曲线MATLAB程序为： >>%G0s> Unit-Ramp Response% >> num1=10；>> den1=0.25,1.25,1,10,0,0；>> t=0:0.1:20；>> y1,z1,t=stepnum1,den1,t>>> plott,y1,'-'>；>> grid 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用2 系统校正后在单位斜坡信号作用下的响应曲线 : MATLAB程序为：>> %Gcs>G0s> Unit-Ramp Response % >> num2=conv2.,1,5,1> ；>> den2=conv1,0,conv1,0,conv1,1,conv0.25,1,conv0.2,1,50,1>>>>> ；>> t=0:0.1:20；>> y2,z2,t=stepnum2,den2,t>；>> plott,y2,'-'> ；>> grid 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用由以上两图比较可得,校正后系统的稳固性变好,单位斜波信号响 应曲线缓慢上升,平滑过渡,达到了预期的校正目的 六、校正电路的电路形式及电路参数 滞后超前校正装置的传递函数为又由于由对应关系可求得：= = = = 就滞后 超前的电路图如下名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用七、总结及心得体会 对不稳固系统进行设计调整使其达到稳固状态必需综合考虑系 统稳固性,稳态精度和动态过程的相互制约和平稳关系,依据详细 工作环境有所侧重,努力达到正确设计成效,满意工业环境中对自 动掌握装置的性能要求；经过将近一周的收集整理材料,最终完成了这个课程设计,期 间虽然遇到了很多困难,但得到了诸多同学的帮忙,在这里要向他们 道一声感谢；课程设计是实践课的一种,在很大程度上实现了动手与动脑；通过此次自动掌握原理课程设计,使我懂得了理论与实际相结合是 很重要的,只有理论学问是远远不够的,只有把所学的理论学问与 实践相结合起来,从理论中得出结论,才能真正为社会服务,从而 提高自己的实际动手才能和独立摸索的才能；但在设计过中程由于 才能有限,很多细节问题可能仍没有提到,我也知道要真正的把握 好仍需要今后更多的学习,所以在今后我会连续努力的！九、参考文献 1. 自动掌握元件及线路,梅晓榕主编,哈尔滨：哈尔滨工业高校出版社,2001 2. 自 动 控 制 原 理 , 李 友 善 编 著 , 北 京 ： 国 防 工 业 出 版 社 , 1981 名师归纳总结 3. 自动掌握原理,张希周编著,重庆高校出版社,19962022 第 10 页,共 10 页4. 自动掌握原理其次版,谢克明主编,电子工业出版社,- - - - - - -