2022年自动供水控制系统控制器设计 .pdf

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1、自 动 控 制 原 理 课 程 设 计题目：自动供水控制系统控制器设计专业电 气 工 程 及 自 动 化姓名班级学号指 导 老 师名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 10 页 - - - - - - - - - 自动控制原理课程设计目录一、设计题目二、设计目的三、设计原理四、设计步骤五、 Simulink仿真与调试六、设计总结七、参考文献名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整

2、理 - - - - - - - 第 2 页，共 10 页 - - - - - - - - - （一） 、设计题目：自动供水控制系统控制器设计已知某自动供水控制系统不可变部分传递函数为：G(s)= )20)(10)(4(800ssssKv，要求系统满足以下性能指标： 超调量，M% 20% ，st2.6s(5%),系统带宽不大于 05rad/s 。 用根轨迹设计法确定由近似PI 控制器实现的串联滞后校正参数。（二） 、设计目的1通过课程设计， 更加透彻的理解、 掌握自动控制理论基本原理及一般电学系统的自动控制方法；2通过课程设计，提高自身用工程思维思考问题， 分析问题及解决问题的能力；3学会用 M

3、ATLAB 实现系统的仿真与调试。（三） 、设计原理1、用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；2、用 MATLAB 画出校正后系统的根轨迹，并对验证校正后的系统是否满足给处的各项性能指标；3、用 Simulink 进行动态仿真，在计算机上对人工设计系统进行仿真调试，使其满足技术要求。（四） 、设计步骤1. 绘出未校正系统的根轨迹，设K=800vK1） 、系统的开环极点：1p=0，2p=-4，3p=-10，4p=-20，无开环零点。2） 、根轨迹对称于实轴且连续变化，根轨迹有4 条。3） 、实轴上的根轨迹段位于-10,-20和0,-4上。4） 、渐近线 4 条，渐

4、近线与实轴的交点为名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 10 页 - - - - - - - - - a=mnzpninjji11=04341040=-8.5 渐近线的倾角为a=mnk)12(=4)12( k=0,41,43kk5） 、根据分离点和汇合点的公式N(s)M(s)-N(s)M(s)=4080064010223sss解得71.17.16ss6） 、根轨迹与虚轴交点D(s)=080032034234KssssD(j)=0)80034(320324jK由0

5、320080034243K，解得0,078.6975,85.4KK未校正系统的根轨迹如图一所示。 （手绘）名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 10 页 - - - - - - - - - 未校正系统的根轨迹如图二所示。 （MATLAB 绘图）在 MATLAB 命令窗口中键入以下程序： num=0,1; den=1 34 320 800 0; rlocus(num,den) 输入程序后按下回车键就可绘出下图：图二2. 根据题中要求的动态响应指标M% 20% ，s

6、t2.6s(5%)，求得阻尼比,5.0无阻尼自然震荡角频率n=2.5rad/s,确定希望的闭环主导极点ds=-21nnj=-1.25j2.17 在根轨迹上，其系统动态性能满足要求。3. 闭环截止频率42244221nb=3.18rad/s,满足题中要求的系统带宽不大于 05rad/s 。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 10 页 - - - - - - - - - 4. 由幅值条件，确定未校正系统在希望的闭环主导极点上的增益 K=dssssss)20)(10

7、)(4(=17. 225.1)20)(10)(4(jsssss=1492.76 vK=K/800=1.87 5. 取串联滞后校正装置的10。6. 确定滞后校正装置零、极点。作线使67arccos, 在线上画出ds点，过ds作射线，使其与线的夹角小于10，此线与负实轴交于0.1 ，即为校正装置零点cz的坐标，再由值求得校正装置的极点cp=cz=0.01，则滞后装置为01.01 .0101)(sssGc7. 校正后系统开环传递函数为)()(0sGsGc=)20)(10)(4)(01.0() 1.0(101ssssssK校正后系统根轨迹如图三所示。 （MATLAB 绘图) 在 MATLAB 命令窗口

8、中键入以下程序： num=1,0.1; den=10*1 34.01 320.34 803.2 8 0; rlocus(num,den) 输入程序后按下回车键就可绘出下图：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 10 页 - - - - - - - - - 图三把图三部分放大后得到下图：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 10 页

9、 - - - - - - - - - 校正后的闭环主导极点在阻尼比srad /5.0不变的前提下，由校正后的根轨迹求得ds-1.22j2.12 在该点开环增益为 K=dssssssss) 1.0()20)(10)(4)(01.0(=14900 放大器增益cK=K*10=146000 8、校正后系统各项性能指标：阻尼比sradn/45.2,5 .0无阻尼自然振荡频率，调整时间st=n3=45.2*5.03=2.45s, 满足题中要求的sts6.2，闭环截止频率b42244221n=3.11rad/s,满足题中要求的系统带宽不大于05rad/s 。所以各个性能指标在允许范围内，设计是合理的。（四）

10、Simulink仿真与调试在 Simulink 仿真环境下采用串联滞后校正，Simulink 模型如图四所示，校正名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 10 页 - - - - - - - - - 前和校正后系统的单位阶跃响应曲线如图五所示。图四校正前系统的单位阶跃响应曲线校正后系统的单位阶跃响应曲线图五（六） 、设计总结在本次设计过程中， 过希望的主导极点作出的射线要与线有一个合适的夹角，但是由于我开始时夹角选择的过大以至于校正后的系统不能满足给定的性能指标，

11、以至于与我必须重新选择一个角度重新计算一次，所以通过本次自动原理课程设计，我认识到要想做好一个设计，必须要广泛的查阅和搜集相关资料，反复的对自己的设计思路进行修改和完善，对工程设计方案进行选择和分析，名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 10 页 - - - - - - - - - 通过反复计算选择一组最合适的数据作为最终设计方案的数据进行设计，校正。（七） 、参考文献1、自动控制原理张晋格主编哈尔滨工业大学出版社2、自动控制原理及其应用黄坚主编高等教育出版社3、 自动控制原理学习要点于习题解析刘俊明主编国防科技大学出版社4、 自动控制理论与设计徐微莉曹柱中田作华编著上海交通大学出版社5、自动控制原理（第2 版）谢克明主编电子工业出版社名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 10 页 - - - - - - - - -