1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上題 目: 轉(zhuǎn)子繞線機(jī)控制系統(tǒng)的串聯(lián)滯后超前校正設(shè)計(jì) 初始條件：已知轉(zhuǎn)子繞線機(jī)控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)是要求系統(tǒng)的靜態(tài)速度誤差系數(shù)，相角裕度。要求完成的主要任務(wù): （包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求，以及說(shuō)明書撰寫等具體要求）（1） MATLAB作出滿足初始條件的最小K值的系統(tǒng)伯德圖，計(jì)算系統(tǒng)的幅值裕度和相位裕度。（2） 前向通路中插入一滯后超前校正裝置，確定校正網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)。（3） 用MATLAB畫出未校正和已校正系統(tǒng)的根軌跡。（4） 用Matlab對(duì)校正前后的系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，畫出階躍響應(yīng)曲線，計(jì)算其時(shí)域性能指標(biāo)。（5） 對(duì)上述任務(wù)寫出完整的課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書，說(shuō)明書中必

2、須進(jìn)行原理分析，寫清楚分析計(jì)算的過(guò)程及其比較分析的結(jié)果，并包含Matlab源程序或Simulink仿真模型，說(shuō)明書的格式按照教務(wù)處標(biāo)準(zhǔn)書寫。時(shí)間安排： 任務(wù)時(shí)間（天）指導(dǎo)老師下達(dá)任務(wù)書，審題、查閱相關(guān)資料2分析、計(jì)算2編寫程序1撰寫報(bào)告2論文答辯1指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日目錄專心-專注-專業(yè)摘要系統(tǒng)校正是對(duì)不穩(wěn)定或不滿足要求的系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能或者動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行調(diào)整，使系統(tǒng)達(dá)到指標(biāo)要求。對(duì)于要求較多的系統(tǒng)，常采用滯后-超前校正，它利用超前校正改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，利用滯后校正改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能，并解決超前校正導(dǎo)致的抑制高頻噪聲能力弱的問(wèn)題。對(duì)已給定的系統(tǒng)進(jìn)行串聯(lián)

3、滯后-超前校正的設(shè)計(jì)思路可以分解為先進(jìn)行滯后校正，再進(jìn)行超前校正。其中復(fù)雜的計(jì)算和圖形的繪制，可以利用matlab軟件完成。關(guān)鍵詞：系統(tǒng)校正 matlab 校正設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)子繞線機(jī)控制系統(tǒng)的串聯(lián)滯后超前校正設(shè)計(jì)1 滯后-超前校正的原理(1)超前校正的目的是改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)靜態(tài)性能不受損的前提下，提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。通過(guò)加入超前校正環(huán)節(jié)，利用其相位超前特性來(lái)增大系統(tǒng)的相位裕度，改變系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性。一般使校正環(huán)節(jié)的最大相位超前角出現(xiàn)在系統(tǒng)新的點(diǎn)。 (2)滯后校正通過(guò)加入滯后校正環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)的開環(huán)增益有較大幅度增加，同時(shí)又使校正后的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)指標(biāo)保持原系統(tǒng)的良好狀態(tài)。它利用滯后校正環(huán)節(jié)的

4、特性，在不影響校正后系統(tǒng)低頻特性的情況下，使校正后系統(tǒng)中高頻段增益降低，從而使其前移，達(dá)到增加系統(tǒng)相位裕度的目的。 (3)滯后-超前校正適用于對(duì)校正后系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能有更多更高要求的場(chǎng)合。施加滯后-超前校正環(huán)節(jié)，主要是利用其超前部分增大系統(tǒng)的相位裕度，以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能；利用其滯后部分改善系統(tǒng)的靜態(tài)性能。2 串聯(lián)滯后-超前校正Bode圖設(shè)計(jì)方法(1)根據(jù)系統(tǒng)對(duì)穩(wěn)態(tài)誤差的要求確定系統(tǒng)的開環(huán)增益K。(2)根據(jù)求得的開環(huán)增益K，繪制系統(tǒng)校正前的Bode圖，并計(jì)算校正前系統(tǒng)的性能指標(biāo)，不滿足要求進(jìn)行第三步。(3)確定滯后校正器的參數(shù)。滯后校正器傳遞函數(shù)為：(2-1)其中，<1，1/T1應(yīng)遠(yuǎn)

5、小于校正前系統(tǒng)的截至頻率c1。工程上一般選擇：(2-2)并且(2-3)(4)選擇校正后系統(tǒng)的期望截止頻率c2。(5)超前校正器的設(shè)計(jì)。超前校正器的傳遞函數(shù)為:(2-4)如果原系統(tǒng)串聯(lián)滯后校正器后的幅值分貝值為L(zhǎng)（c2），那么在原系統(tǒng)串聯(lián)滯后校正器后再串聯(lián)超前校正器，在經(jīng)過(guò)滯后-超前校正的期望截至頻率c2處時(shí)，應(yīng)該滿足：(2-5)即：(2-6)同時(shí)，因?yàn)槠谕靶ＵW(wǎng)絡(luò)最大超前角頻率m發(fā)生在校正后系統(tǒng)截至頻率c2處，即：(2-7)則，可得超前校正網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間常數(shù)T2：(2-8)(6)繪制系統(tǒng)經(jīng)過(guò)滯后-超前校正后的Bode圖，并驗(yàn)證頻域指標(biāo)是否符合要求。(7)繪制系統(tǒng)閉環(huán)階躍響應(yīng)曲線，求取時(shí)域性能指

6、標(biāo)。3 校正前系統(tǒng)分析3.1校正前系統(tǒng)的Bode圖由式：(3-1)得：K1500，取K=1500。則校正前的開環(huán)傳遞函數(shù)為：圖3-1未校正系統(tǒng)的Bode圖用matlab畫出的未校正系統(tǒng)的Bode圖如圖3-1所示。Matlab程序如下：num=20;den=conv(1,0,conv(0.2,1,1/15,1);G0=tf(num,den);margin(G0);從圖3-1中可以看出系統(tǒng)的幅值裕度Gm0，相角裕度Pm0，截止頻率c1=8.66rad/s。此時(shí)系統(tǒng)處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)。相角裕度遠(yuǎn)小于60°，不滿足設(shè)計(jì)要求。3.2校正前系統(tǒng)的根軌跡圖用matlab畫出的校正前系統(tǒng)的根軌跡圖如圖

7、3-2所示。Matlab程序如下：num=1;den=conv(1,0,conv(0.2,1,1/15,1);G0=tf(num,den);圖3-2未校正系統(tǒng)的根軌跡圖rlocus(G0);從圖中可以看出，當(dāng)開環(huán)增益K=20時(shí)，系統(tǒng)處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)，這也證明了從Bode圖中得出的結(jié)論。3.3校正前系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線用matlab畫出的校正前系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線如圖3-3所示。Matlab程序如下：num=1500;den=1,20,75,1500;t=0:0.02:2.5;numc,denc=cloop(num,den);y=step(numc,denc,t);plot(t,y);grid;圖3

8、-3未校正系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線從圖中可以看出，當(dāng)輸入階躍信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)不穩(wěn)定。4 滯后-超前校正后的傳遞函數(shù)確定4.1確定滯后校正網(wǎng)絡(luò)的參數(shù) 由Bode圖知c1=8.66rad/s，取=0.1，則T1=11.55，所以，滯后網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為：(4-1)4.2確定超前校正網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)(1)確定：選取校正后的期望截止頻率c2=6rad/s。由式(2-6)得=1.066。(2)確定T2：由式(2-8)可得：則(4-2)4.3確定校正后的傳遞函數(shù)由式(4-1)和式(4-2)得校正后系統(tǒng)得傳遞函數(shù)為：4.4滯后-超前傳遞函數(shù)計(jì)算matlab計(jì)算程序如下：num=20;den=conv(1,0,conv(0.2

9、,1,1/15,1);G=tf(num,den);Gm,Pm,wg1,wc1=margin(G);beta=0.1;wc2=6;T1=10/(beta*wc1);Gc1=tf(beta*T1 1,T1,1);G1=Gc1*G;mag,pha,w=bode(G1.num1,G1.den1);mag1=spline(w,mag,wc2);L=20*log10(mag1);alfa=10(-L/20);T2=1/(wc2*sqrt(alfa);Gc2=tf(alfa*T2 1,T2 1);Gk=Gc2*G1;margin(Gk);5 校正后系統(tǒng)分析5.1校正后系統(tǒng)的Bode圖用matlab畫出的校正

10、后的系統(tǒng)的Bode圖如圖5-1所示。Matlab程序如下：num=749.48*conv(1,2.683,1,0.8663);den=conv(1,0,conv(conv(1,15,1,5),conv(1,13.31,1,0.08659);Gk=tf(num,den);圖5-1校正后系統(tǒng)的Bode圖rlocus(Gk);從圖中可以看出，校正后系統(tǒng)的相角裕度=69.3°，滿足要求。另外由傳遞函數(shù)G2得系統(tǒng)的靜態(tài)速度誤差系數(shù)Kv=20s-1，也滿足設(shè)計(jì)要求。系統(tǒng)通過(guò)滯后-超前校正從臨界穩(wěn)定狀態(tài)變?yōu)榉€(wěn)定狀態(tài)。5.2校正后系統(tǒng)的根軌跡圖繪制用matlab繪制出的校正后的根軌跡圖如圖5-2所示

11、。Matlab程序如下：num=conv(1,2.683,1,0.8663);den=conv(1,0,conv(conv(1,15,1,5),conv(1,13.31,1,0.08659);Gk=tf(num,den);圖5-2校正后系統(tǒng)的根軌跡圖rlocus(Gk);從圖中可以看出當(dāng)開環(huán)增益為20時(shí)，系統(tǒng)的閉環(huán)極點(diǎn)在s平面左半平面，系統(tǒng)此時(shí)處于穩(wěn)定狀態(tài)。5.3校正后系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線用matlab程序仿真出的校正后的階躍響應(yīng)曲線如圖5-3所示。Matlab程序如下：num=749.48*conv(1,2.683,1,0.8663);den=conv(1,0,conv(conv(1,15,1

12、,5),conv(1,13.31,1,0.08659);Gk=tf(num,den);sys=feedback(Gk,1,-1);t=0:0.02:30;numc,denc=cloop(num,den);圖5-3校正后系統(tǒng)的階躍響音曲線step(sys);grid;從圖中可以看到，當(dāng)系統(tǒng)在輸入階躍響應(yīng)時(shí)，系統(tǒng)是穩(wěn)定的。上升時(shí)間tr=0.74s,峰值時(shí)間tp=1.64s,調(diào)節(jié)時(shí)間ts=3.92s,峰值為c(tp)=1.139，穩(wěn)態(tài)值c()=1，由超調(diào)量計(jì)算公式得：穩(wěn)態(tài)誤差為：總結(jié)在課程設(shè)計(jì)之前，基本上沒用過(guò)matlab這個(gè)軟件，但是課程設(shè)計(jì)需要大量地用到它，因此，我還得從頭開始對(duì)軟件及其基本地命

13、令進(jìn)行學(xué)習(xí)。另外在課程設(shè)計(jì)題目公布的時(shí)候，我們并沒有開始學(xué)到系統(tǒng)的校正，因此對(duì)系統(tǒng)校正的思路一點(diǎn)都不熟悉，不過(guò)還好課程設(shè)計(jì)是在題目公布后大概一個(gè)多星期才開始，我也通過(guò)做課后習(xí)題知道了校正系統(tǒng)的大致思路。總的來(lái)說(shuō)滯后-超前校正可以分為兩個(gè)部分，一個(gè)是滯后校正部分，一個(gè)是超前校正部分，我通過(guò)查閱與滯后-超前校正相關(guān)地書籍，知道了滯后校正具有高頻幅值衰減特性，而相頻基本上不衰減，但系統(tǒng)的快速性會(huì)變差，超前校正則對(duì)系統(tǒng)的快速性和穩(wěn)定性方面有明顯的提升，但是對(duì)高頻噪聲的抑制不理想，滯后-超前結(jié)合了兩者的優(yōu)點(diǎn)，規(guī)避了兩者的缺點(diǎn)。滯后-超前校正有兩級(jí)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)需要計(jì)算，比單獨(dú)的滯后校正和超前校正復(fù)雜了許多，我

14、通過(guò)查閱書籍，學(xué)會(huì)了滯后-超前校正各參數(shù)地計(jì)算和取值方法，并利用matlab強(qiáng)大的計(jì)算功能，編寫出了計(jì)算參數(shù)的程序，很快就得到了校正后的傳遞函數(shù)，并繪制出了函數(shù)的Bode圖進(jìn)行分析，不合理再更改計(jì)算的參數(shù)，經(jīng)過(guò)多次更改后得到了比較合適的傳遞函數(shù)。過(guò)程中也學(xué)會(huì)了matlab中繪制bode圖、根軌跡、以及輸入響應(yīng)曲線的編程方法。整個(gè)課設(shè)過(guò)程中最艱難的部分還是開始的時(shí)候，開始處于學(xué)習(xí)階段，什么都不熟悉，很著急，花了較多的時(shí)間在怎么樣用matlab繪制圖形上面。另外在用simulink進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)時(shí)，輸入階躍函數(shù)，得到的階躍響應(yīng)曲線跟參考書上的圖形有很大的差別，也沒能檢查出是哪里出現(xiàn)了問(wèn)題，最后選擇了用參考書上用軟件繪制階