自动控制原理课程设计电动车控制系统校正----赫思尧组.docx

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1、自动控制原理课程设计 电动车控制系统校正-赫思尧组 电动车车速控制系统校正 指导老师：李建勇 小组成员：赫思尧13221067 石旭东13221077 吴恺13221084 邓攀13221061 李宗凯13221070 答辩时间：2022年12月16日 目录 一、研究内容 (3) 1、研究内容 (3) 2、控制原理图 (3) 二、系统建模 (4) 1、系统分析 (4) 2、简化系统模型 (4) 三、时域分析 (5) 1、稳定性分析 (5) 2、稳态误差分析 (5) 3、动态特性指标 (6) 4、调整系统 (7) 四、根轨迹分析 (10) 1、根轨迹 (10) 2、系统特性分析 (11) 五、频

2、域分析 (14) 1、系统伯德图、奈奎斯特图 (14) 2、系统性能分析 (15) 六、小组分工 (17) 七、感受心得 (17) 一、研究内容 1、研究内容 通过车手柄转手产生不同扭矩，电源输入不同的电压值（不稳定），改变直流电机的电流输出值，从而影响电机的转速，改变车速。车速通过转速计反馈给输入的电压值，然后进一步稳定输出车速，如此反复，直到车速达到一定的稳定状态（在一定范围内变化），表现为和输入的扭矩呈线性关系。 2、控制原理图 二、系统建模 1、系统分析 控制对象：直流电机 扰动量：电机的负载阻力转矩 输入量：电压U （转矩） 输出量：输出车速 n 2、简化系统模型 由电路图可知系统由

3、 一个积分环节、一个一阶微分环节、两个性 环节组成，故其传递函数和方框图有： R （s ） C(s) -1 R （s ） C(s) -1 W k =K k(0S+1)/s(1S+1)( 2S+1) W B =W k /(1+ W k W f ) G1(s G2(s G3(s G4(s Wf(s S+1 1/S K1/T1S+1 K2/T2S+1 1 三、时域分析 取单位反馈，令0=0.5，1=1，2=4对系统进分析 1、稳定性分析 特征方程有： 12S3+(1+2)S2+(0 K k+1)S+ K k = 0 S3 4 0.5K+1 S2 5 K S1 1-0.3K 0 S0 K 故开环增益0

4、 K k3.333 2、稳态误差分析 系统为1型系统故K v = K k，输入信号为x(t)=a*1+b*t+0.5*c*t e SS = a*0 + b/K + c* 由此可以得出，增大K或者提升系统的型别可以减少系统稳态误差 3、动态特性指标 在Metlab中编程可得其性能参数 由此可知系统的开环放大系数K k越大系统就越趋于不稳定状态，过小则会使系统反应较慢，此系统合适的K k在0.1附近。 4、调整系统 由于Kk的值太小，没有实现信号的放大，加入微分环节调大Kk，此时系统开环函数为 W k=K k(0S+1)(aS+1) /S(1S+1)(2S+1) 令a=0.5，特征方程有： 12S

5、3+(1+2+0*a)S2+(a+0 )K k+1)S+ K k = 0 S3 4 K+1 S2 5+0.25K K S1 (0.25K2+1.25K+5)/(5+0.25K) S0 K K可以使任意正数，系统都保持稳定。 稳态误差: e SS = a*0 + b/K + c* 由此可知，加入微分环节会增大Kk,系统的超调量会先增加后减小，同时会使系统的响应速度提高，tr、tp、ts 都会减小，但K 太大，系统可控性就会减弱，调整a,使K在合理范围内。 使K=15，改变a，在Metlab中编程，得出性能指数和图形 随着a的增大，系统的震荡性减弱，超调量下降，选取a=2.5此时放大倍数有开始的0

6、.1调大到15，系统的各项参数都达到很好的范围。 四、根轨迹分析 1、根轨迹 W k=K k(0S+1)/s(1S+1)(2S+1) 取单位反馈，令0=0.5，1=1，2=4对系统进分析 临界稳定的增益和极点： K=2.89 -p1= -1.2306 + 0.0000i p2 = -0.0097 + 0.7666i p3= -0.0097 - 0.7666i 加入微分环节有 W k=K k(0S+1)(aS+1) /S(1S+1)(2S+1) 令a=0.5(两个零点重合)有 阻尼比最小处：K=2.8795 -p1=-1.1344 + 0.0000i -p2= -0.1478 + 0.7828i -p3=-0.1478 - 0.7828i 由此可知加入微分环节之后，系统的稳定性大大提高2、系统特性分析 改变a的值，a=0.3