1、 自動控制原理課程設計 燃油調節控制系統校正裝置設計 院系：機電工程學院 專業：電氣工程及其自動化 班級： 學號： 姓名： 指導老師： 職稱：鄭州航空工業管理學院2011年12月10日自動控制課程設計一、設計目的 通過課程設計，掌握自動控制理論基本原理、一般電學系統自動控制方法的基礎上，用matlab實現系統的仿真與調試。二、設計要求 收集和查閱有關技術資料，獨立完成所承擔的設計課題的全部內容，初步掌握設計原則、設計方法、設計步驟和設計規范的應用；對工程設計方案進行選擇和分析；繪制設計圖；撰寫說明書。具體要求如下：1.根據所學的控制理論知識（頻率法、根軌跡法等）進行人工設計校正裝置，初步設計出

2、校正裝置傳遞函數形式及參數；2.在matlab下，用simulink進行動態仿真，在計算機上對人工設計系統進行仿真調試，使其滿足技術要求；3.確定校正裝置的電路形式及電路參數（選作）；4.完成設計報告。本課程設計以設計報告的形式提交，要求論點清楚，論據充分，結構合理；分析問題有層次。包括設計思想，設計過程，圖（曲線），總結和數字仿真。三、設計題目燃油調節控制系統校正裝置設計： 已知燃油控制系統的開環傳遞函數為:，設計超前校正裝置，使其校正后閉環主導極點滿足：階躍響應的超調量，調整時間，系統單位斜波響應穩態誤差。四、設計步驟思路：依題可知系統的性能指標是在時域范圍內提出的，給定了要求的超調量、調

3、整時間及穩態誤差，則采用根軌跡法進行設計和校正是很有效的，所以該題選用根軌跡法來設計校正裝置，最終使系統滿足要求，并利用matlab來進行校驗.1. 由所給開環傳遞函數畫根軌跡圖： 1）系統有三個開環極點：0、-4、-10，沒有開環零點，所以根軌跡有三條，分別起始于開環極點，均趨于無窮遠處； 2)實軸上的根軌跡段為和區域，根軌跡對稱于實軸且連續變 化； 3）漸近線與實軸交點為：， 與實軸夾角為： ； 4）分離點會合點為：， ； 解得: ; ; 可知均為分離點，分離角均為：； 5)與虛軸交點根據特征方程求解得：， ； 令實部和虛部為零：和解得： 所以原系統的根軌跡如下圖所示： （注：用手繪和ma

4、tlab繪制而成） 依題知要求單位斜波響應穩態誤差： ，則：可設校正裝置的傳遞函數為：，校正增益為則得：求得： 原系統的單位階躍響應曲線圖如下所示：（用matlab獲得） numg=2;deng=conv(1 0,conv(0.25 1,0.1 1);num1,den1=cloop(numg,deng);t=0:0.1:20;c1,x1,t=step(num1,den1,t); plot(t,c1,-);grid;以曲線圖可知原系統的階躍響應超調量60%,調整時間12s，沒有滿足要求，所以必須進行校正。2.根據題目要求及公式可求得性能指標和的值： ， 解得 ；有曲線圖得振幅進入的誤差范圍此時：

5、 ， 解得 ；求的滿足題給條件的閉環極點為：； 對照根軌跡圖可看出原系統根軌跡不通過希望的閉環極點，且根軌跡位于期望極點的右側，則原根軌跡需要加以修正可在系統的前向通道中串入超前校正裝置。3. 校正裝置的確定：應使校正后的裝置的系統根軌跡通過希望的閉環主導極點，也就需要滿足相角條件： 校正裝置產生的超前相角為： 對于所得的值，校正裝置的零、極點位置不唯一，在這取系數為最大值時確定的零、極點。依圖得： ， ； ， 令則得：；由此確定超前校正裝置的零、極點位置(不唯一)。原系統在希望主導極點上得相角為： 所以為使根軌跡通過希望的閉環極點，超前裝置應在該點上產生的相角。又有 ： 則有： 代入上式得：

6、 ；故校正傳遞函數為： ；所以： ， ；校正傳遞函數化為： ；為補償超前校正裝置的幅值衰減，需要加一個放大倍數為的補償放大器，有前面算得的，所以校正裝置的傳遞函數可視為： ；校正后的傳遞函數為： ;4.校正后傳遞函數的根軌跡及單位階躍響應曲線的變化。校正后的系統根軌跡如圖所示: num=2.74 10; den=conv(1 0,conv(0.25 1,conv(0.1 1,0.026 1);rlocus(num,den);校正后的單位階躍響應曲線圖如下圖所示： numc=2.74 10;denc=conv(1 0,conv(0.25 1,conv(0.1 1,0.026 1);num2,de

7、n2=cloop(numc,denc); t=0:0.1:10; c2,x2,t=step(num2,den2,t);plot(t,c2,-);grid;由系統階躍響應曲線圖可以得到系統的穩態性能指標為：超調量： 調整時間：而且系統的穩態誤差為： ， ，所以得到: 符合題目要求。以上各項及計算均存在一定誤差，但總體上滿足題目要求，所以所求校正傳遞函數符合條件，校正后的傳遞函數能實現題中所要求的，所做設計基本可以。五、simulink仿真與調試1.確定校正裝置的電路形式及電路參數根據校正網絡及其特性和上面所求得校正裝置的表達式來看，本次校正裝置可用rc網絡構成的婺源超前校正裝置表示，rc超前網絡

8、電路圖如下：網絡構成的超前校正裝置，其傳遞函數為 令 ， 則：，超前校正裝置的零點，極點由上面獲得的校正裝置的零、極點為：，；解得：，取代入、式可得：， 2. 在simulink下的系統設計和校正 利用simulink仿真環境進行動態反仿真，采用超前校正設計的simulink模型圖如下所示: (分別是校正前和校正后的單位階躍響應曲線)（校正前）（校正后）六、設計總結 經過這次設計，讓我更加了解了自動控制原理中校正系統的基本概念及對系統校正實際的相關步驟，通過對基礎知識的了解，對校正系統設計方案的比較，進一步認識到校正系統的合理性和使用性。課程設計離不開理論和實際應用的結合，設計過程中方案的選擇

9、和參數的設定是自控原理中最重要的部分，在選擇時要特別注意題目要求，依據所學知識合理分析系統各個性能指標，最終選擇一個較為合理的方案。在這次課程設計中我遇到了不少麻煩，但在解決麻煩的過程中也收獲了很多，我認為在設計時應注意：(1）方法選擇，根據所給條件選擇是用根軌跡法還是用頻率法，這次設計題目給了超調量和調整時間等時域范圍內的性能指標，所以我用根軌跡法；(2)參數計算，一定要認真細心，我在算數過程中就出錯了，結果算了三四邊才行；(3)用matlab繪圖應注意選合適的坐標范圍，得出較好的繪制圖；（4）用仿真環境進行動態仿真時，有時會出不來仿真模型，可多做幾次或隔段時間再做，要有耐心。通過設計讓我明白理論與實際并不一樣，動手操作可以很好的發現自己的不足，也鍛煉了自己，讓自己能較熟