直流电机速度控制系统校正装置设计Word文档格式.docx

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设单位反馈的某直流电机速度控制系统看，其开环传递函数为：

，要求系统满足性能指标：

静态速度误差常数≥4，相位裕度，超调量M％≦30％，用频率法校正装置。

二、设计目的

通过课程设计，在掌握自动控制理论基本原理，一般电学系统自动控制方法的基础上，用MATLAB实现系统的仿真与调试。

三、设计要求

收集和查阅有关技术资料，独立完成所承担的设计课题的全部内容，初步掌握设计原则、设计方法、设计步骤和设计规范的应用；

对工程设计方案进行选择和分析；

绘制设计图；

撰写说明书。

具体要求如下：

1、根据所学控制理论知识（频率法、根轨迹法等）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、在MATLAB下，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；

3、确定校正装置的电路形式及电路参数（选作）；

4、完成设计报告。

本课程设计以设计报告的形式提交，要求论点清楚，论据充分，结构合理；

分析问题有层次。

包括设计思想，设计过程，图（曲线），总结和数字仿真。

4、设计过程

应用频率法校正步骤：

1、根据所要求的稳态性能指标，确定系统满足稳态性能要求的开环增益K。

由题目所给开环传递函数可知这是一个典型的二阶系统，要求系统满足性能指标静态误差系数KV，因此取KV=4。

由公式KV===4

可得K=25，Gk（S）=.

则有：

2、绘制满足由步骤一确定的K值下系统Bode图，并求出系统的相角裕量。

由步骤二所得的对数幅值函数，以及相角函数，转折频率0.5，可画出未校正系统的Bode图，其渐进线如下图：

取点：

使得可计算出未校正系统的开环剪切频率==1.414。

则对应的相角，

可得相角裕度

，这说明系统的相角裕量远远小于要求值，系统的动态响应会有严重的振荡，为达到所要求的性能指标，此设计应采用串联超前校正。

3、确定为使相角裕量达到要求值，所需增加的超前相角，即

式中，为要求的相角裕量；

是因为考虑到校正装置影响剪切频率的位置而附加的相角裕量：

当未校正系统中频段的斜率为-40时，取=50~150；

当未校正系统中频段斜率为-60时，取50~200。

。

由未校正系统B可知，此系统的中频段斜率为-40，因此取0。

由题目要求500，我们可取500。

可得500-200+100=400。

4、令超前校正网络的最大超前相角，可由下式求出校正装置的参数：

将=400代入上式可得。

5、在B图上确定未校正系统幅值为时的频率。

=

求得：

≈2.06，该频率作为校正后系统的开环剪切频率，即=。

6、由步骤五求得的确定校正装置的转折频率：

=0.97≈1

=4.4≈4

至此可得超前校正装置的传递函数为：

为补偿超前校正网络造成的幅值衰减，需附加一个放大器，校正后系统的开环传递函数：

校正后系统的近似对数幅值函数为

校正后系统的近似相角函数为

校正后系统的转折频率为

做出校正后的B图，其渐近线如下：

7，检验系统的性能指标是否满足要求。

将步骤五求得的校正后的剪切频率=2.06带入校正后系统的相角函数≈-129.70

因此校正后系统的相角裕度为：

=1800-129.70=50.30≧500

可知校正后系统相角裕量满足条件。

校正后的速度稳态误差系数：

=4≧4

因此校正后系统的稳态误差系数也满足要求。

校正后系统的谐振峰值：

≈1.3

由此可得此系统的超调量：

=0.28=28％≦30％

校正后的开环传递函数的相角裕量，速度稳态误差系数，超调量均符合题目要求。

8、下面用MATLAB对系统进行动态仿真。

（1）、校正前系统的图：

>

num=4;

f1=[1,0];

f2=[2,1];

den=conv（f1,f2）;

bode（num,den）

校正前的曲线如下：

（2）校正后系统图：

num=4*[1,1];

f3=[0.25,1];

den=conv（f1,conv（f2,f3））;

校正后系统的曲线如下：

校正前系统输入单位阶跃后的仿真图：

numg=4;

deng=conv（[1,0],[2,1]）;

[num1,den1]=cloop（numg,deng）;

t=0:

0.1:

20;

[c1,x1,t]=step（num1,den1,t）;

plot（t,c1,'

-'

）;

grid

校正后输入阶跃响应的仿真图：

numc=4*[1,1];

denc=conv（[1,0],conv（[2,1],[0.25,1]））;

[num2,den2]=cloop（numc,denc）;

[c2,x2,t]=step（num2,den2,t）;

plot（t,c2,'

注：

由上面两张仿真图可以看出，校正后的系统与校正前有着明显的差异，校正后系统的调整时间大大缩短，超调量也明显减小，并且系统能迅速稳定下来。

9、确定校正装置的电路形式及电路参数

由常用校正网络及特性可知本次校正装置采用的电路图如下：

此图的传递函数及参数确定公式如下：

,,

上面求的校正装置的传递函数为：

代入上述公式：

取C=1，

最终的电路图如下:

自动控制课程设计体会：

通过本次自动控制理论实践课程的设计，使我巩固了原有的理论知识，培养了我应用所学知识和技能分析，解决实际问题的能力。

使理论和实际相结合，更加深入我对自动控制这门课程的解释和掌握，尤其是对B图频率分析法分析系统性能这一块有了更深入的学习，在设计过程中激发了创新意识和创造能力，同时增加了MATLAB的认识与软件的操作技巧。

今后我会更加努力学习有关自控这方面知识，不断扩充自己的专业知识。

参考文献：

谢克明，《自动控制原理》第二版，电子工业出版社。

2008年