转子绕线机控制系统的串联滞后超前校正设计.doc

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1、课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 指导教师： 刘志立 工作单位： 题 目: 转子绕线机控制系统的串联滞后-超前校正设计 初始条件：转子绕线机控制系统的开环传递函数:要求系统的静态速度误差系数，。要求完成的主要任务: 包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求1、 MATLAB作出满足初始条件的最小K值的系统伯德图，计算系统的幅值裕度和相位裕度。2、 前向通路中插入一滞后超前校正装置，确定校正网络的传递函数。3、 用Matlab画出未校正和已校正系统的根轨迹。4、 用Matlab对校正前后的系统进行仿真分析，画出阶跃响应曲线，计算其时域性能指标。5、 课程设计说明书中要求写清楚

2、计算分析的过程，列出MATLAB程序和MATLAB输出。说明书的格式按照教务处标准书写。时间安排： 任务时间天审题、查阅相关资料1分析、计算3编写程序1撰写报告2论文辩论指导教师签名： 年 月 日系主任或责任教师签名： 年 月 日摘 要在现代科学技术的众多领域中，自动控制技术起着越来越重要的作用，而自动控制理论是自动控制科学的核心。自动控制理论自至今已经过了三代的开展。现代控制理论已广泛应用于制造业、农业、交通、航空及航天等众多产业部门。自动控制理论从线性近似到非线性系统的研究取得了新的成就，借助微分几何的固有非线性框架来研究非线性系统的控制，已成为目前重要研究方向之一。在控制技术需求推动下，

3、控制理论本身也取得了显著进步。为了实现各种复杂的控制任务首先要将被控制对象和控制装置按照一定的方式连接起来，组成一个有机整体，这就是自动控制系统。本次课程设计是利用滞后-超前校正网络来校正系统以改善系统性能，首先应该根据原有系统和初始条件要求来确定校正系统，然后利用MATLAB分析校正后的系统是否到达要求以及其性能。关键字：自动控制 matlab 滞后-超前校正 系统分析目 录前 言1转子绕线机控制系统的串联滞后-超前2校正设计21 设计目的与要求2目的21.2 要求21.3 原理22 设计计算与分析32.1 计算幅值与相位裕度3使用MATLAB软件获得系统的伯德图和相位,幅值裕度。43 确定

4、校正网络传递函数54 校正前后系统根轨迹的绘制7校正前系统根轨迹74.2 校正后系统根轨迹85 校正前后系统仿真分析95.1 校正前系统阶跃响应95.2 校正后系统阶跃响应106 小结11前 言自动控制理论的任务是研究自动控制系统中变量的运动规律和改变这种运动规律的可能性和途径，为建造高性能的自动控制系统提供必要的理论手段。自动控制理论的形成远比人类对自动控制装置的应用为晚，它产生于人们对自动控制技术的长期探索和大量实践，它的开展得到了其他学科,如数学、力学和物理学的推动,近期更受到电子计算机科学和技术的促进。作为一名大学生，应努力学习文化知识，同时结合实际自己动手设计出符合一定要求的程序与电

5、路，锻炼自己的动手能力，以便将来更好的投入到这方面的工作当中。因此做了此份课程设计报告。在此设计过程中，要熟练掌握matlab等设计软件。通过查阅相关技术资料，了解各种设计方法，从而更好的了解设计的目的及提高设计的精准性。转子绕线机控制系统的串联滞后-超前校正设计1 设计目的与要求目的滞后校正在一定的条件下，,能使系统同时满足动态和静态的要求，因此通过对系统的分析与计算，增加一滞后超前校正装置，来求得适合的参数最优化系统性能。1.2 要求用matlab软件完成相应的设计与模拟，并且要求系统的静态速度误差系数，。1.3 原理校正就是在系统不可变局部的根底上，参加适当的校正元件，使系统满足给定的性

6、能指标。常用的方法有超前校正，滞后校正和滞后-超前校正。超前校正的根本原理就是利用超前相角补偿系统的滞后相角，改善系统的动态性能，如增加相角裕度，提高系统稳定性能等。但是串联超前校正给系统中频段增加理论上不超过90，实际上一般不超过65的相角，提高系统的稳定裕度，但降低了抗干扰性能高频。滞后校正的根本原理是利用滞后网络的高频幅值衰减特性使系统截止频率下降，从而使系统获得足够的相角裕度。串联滞后校正降低系统的截止频率，提高系统的相角裕度，但降低了快速性。带宽减小降低快速性在系统响应速度要求不高而抑制噪声电平性能要求较高的情况下，可以考虑采用串联滞后校正。此外，如果待校正系统已具备满意的动态性能，

7、仅稳态性能不能满足指标要求，也可以采用串联滞后校正以提高系统的稳态精度，同时保持其动态性能仍 然满足性能指标要求。 2 设计计算与分析2.1 计算幅值与相位裕度 转子绕线机控制系统的开环传递函数是：静态误差系数。因为 所以最小的K值：K=750 ，故传递函数 对于相位裕度： 穿越频率在穿越频率处=1解得=穿越频率处的相角为： 相角裕度为：deg对于幅值裕度：先求相角穿越频率： 即： 使用MATLAB软件获得系统的伯德图和相位,幅值裕度。程序的代码如下：n=750d=1,15,50,0g1=tf(n,d)mag,phase,w=bode(g1)margin(g1)运行后，可得校正前系统伯德图，如

8、图2-1所示图2-1 校正前系统伯德图由图2-1可知，e-0.05deg，与理论计算结果相同3 确定校正网络传递函数设滞后超前校正网络的传递函数为选择校正后截止频率:取处的频率为校正后的截止频率，即c确定校正参数:它由超前局部应产生的超前相角确定，由于幅值裕度,那么取=70。那么=(1+sin)/(1-sin确定滞后校正局部的参数T2: 取1/T2=c确定超前校正局部的参数T1：过点7.07,0做20dB/dec直线，与0dB的交点坐标为所以滞后超前校正传递函数为：用MATLAB画出校正后系统的伯德图，程序如下。n1=750d1=1,15,50,0g1=tf(n1,d1)n2=conv(4.2

9、4,1,2.88,1)d2=conv(0.141,1,87.05,1)g2=tf(n2,d2)g=g1*g2mag,phase,w=bode(g)margin(g) 可得到如图3-1所示校正后的系统伯德图图3-1 校正后系统伯德图由图3-1可知=60.860,符合设计要求。4 校正前后系统根轨迹的绘制用Matlab绘制校正前系统根轨迹，程序如下所示num=1den=conv(conv(1,0,1,5),1,10) rlocus(num,den) title得到图4-1所示校正前根轨迹图4-1 校正前系统根轨迹4.2 校正后系统根轨迹绘制校正后根轨迹程序，如下所示num=conv(2647.5,

10、750,2.88,1) den=conv(conv(conv(conv(1,0,1,5),1,10),0.141,1),113.52,1) rlocus(num,den)title得到如图4-2所示图4-2 校正后根轨迹5 校正前后系统仿真分析 5.1 校正前系统阶跃响应构建校正前系统模型，如图5-1所示图5-1 校正前系统模型仿真结果如图5-2所示图5-2 校正前系统阶跃响应图由图5-2可知 系统不稳定，=。5.2 校正后系统阶跃响应构建校正后系统仿真模型，如图5-3所示图5-3校正后系统模型仿真结果如图5-4所示图5-4校正后系统阶跃响应图由图5-4可知，校正后系统的峰值时间=3s，最大值

11、=1.2，终值=1，调节时间=5s，根据超调量公式 ，可得到超调量=20%。由图7与图8比照可知，校正后系统趋于稳定，且由校正后伯德图可知=60.860，静态速度误差系数为15，符合设计要求。6 小结通过此次课程设计学习，让我对一些重要软件的操作也有了很大的提高，在此次设计中帮到很大忙。通过它们可以进行设计仿真，检验设计的正确性。在设计的过程中，我遇到了一些难题，例如matlab仿真软件操作问题；通过上网查阅相关教程，锻炼了自身的自学能力，也同时与同学相互探讨，培养了自身的协作能力。要把理论转化为实践是必须的，学生必须尽力为自己寻找一些实验，动手的时机。课程设计为我们提供了这样的时机。课设过程

12、中，大家自己独立思考，完成老师布置的题目，学习了很多东西，把自己所学用于实际，是我对自动化专业有了更深的了解，同时极大的提高了我对自动化专业的兴趣。课堂学习主要注重于理论知识，而我们要将所学知识应用于实际，在此阶段，课程设计便是最好的选择了，通过课程设计，我们可以温习我们所学的理论知识，同时为将理论知识运用于实际搭建了一个很好的平台，不仅如此，通过这次的课程设计，使我知道了在当今的信息技术如此兴旺的世界中，我们必须运用多种渠道，去学习研究。并要很好的运用计算机和一些软件，只有这样，我们才能更好地、精确地、快速地解决问题。还有就是提高了自主解决问题的能力。这次校正系统的设计，我不但运用了以前在书

13、本上学过的知识，还运用了新的软件MATLAB软件，在此之前我们并没有学过MATLAB软件的运用，通过查阅相关资料，终于用MATLAB软件实现了所要求的功能。通过动手实践也让我对校正方法有了更深刻的了解，这绝对是对自己自控知识的稳固与提高。MATLAB软件的强大功能确实令人兴奋，在以后的学习、生活中它将会扮演重要的角色。总之，在这次课程设计过程中，我既学习到了自动控制原理的知识，又学到了许多书本之外珍贵的分析动手能力。与其临渊羡鱼，不如退而结网。这次自动控制设计给我的最大的印象就是如果自己有了兴趣，就动手去做，困难在你的勇气和毅力下是抬不了头的。参考文献1 薛定宇.控制系统仿真与计算机辅助技术.机械工业出版社，20052 王万良. 自动控制原理.高等教育出版社，20213 张静，MATLAB在控制系统中的应用，北京：电子工业出版社，20074蒲俊，MATLAB6.0教学手册。上海：浦东电子出版社，20025飞思科技产品研发中心。MATLAB7辅助控制系统设计与仿真。北京：电子工业出版社，2005