自动控制原理课程设计晶闸管直流电机调速系统Word下载.docx
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,幅值稳定裕度Gm>
13。
(2)在阶跃信号作用下,系统超调量Mp<
25%,调节时间Ts<
0.15秒。
3、分别画出校正前,校正后和校正装置的幅频特性图。
4、给出校正装置的传递函数。
5、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图,并进行分析。
6、分别画出系统校正前、后的的根轨迹图。
7、在SIMULINK中建立系统的仿真模型,在前向通道中分别接入饱和非线性环节和回环非线性环节,观察分析非线性环节对系统性能的影响。
8、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响(自由发挥)。
(二)设计过程
1、画出未校正系统的根轨迹图,分析系统是否稳定
num=10;
den=[4.099e-0070.00026950.014760.1925];
axisequal;
rlocus(num,den)
[k,p]=rlocfind(num,den)
Selectapointinthegraphicswindow
z=
Emptymatrix:
0-by-1
p=
-598.6366
-38.4242
-20.4167
k=
2.4396e+007
分析:
从上图中可以看出系统无零点,有三个极点,且都在虚轴的左半平面。
可以知道系统稳定。
从下图可以看出未校正的伯德图中可以看出;
系统不满足校正要求,
输入以下函数:
n1=10;
d1=[4.099e-0070.00026950.014760.1925];
sys1=tf(n1,d1);
[z,p,k]=tf2zp(n1,d1);
z1=[z-1];
p1=[-598.6366-38.4242-20.4167-170]
sys=zpk(z1,p1,k);
w=logspace(-1,5);
figure
(1);
bode(sys,w);
margin(sys);
figure
(2);
nyquist(sys);
figure(3);
rlocus(sys)
gridon;
校正后的伯德图:
从上图可以看出,校正后的伯德图中,pm=51.5,gm=13.4,通过计算可知其系统超调量Mp=20%<
25%,调节时间Ts=0.8秒<
满足系统的要求。
校正前的幅频特性:
校正后的幅频特性:
校正装置的幅频特性:
4、给出校正装置的传递函数:
G(s)=s+1/s+170;
从第一个未校正的伯德图中可以看到系统的指标不满足要求,此时幅值裕度和相角裕度都偏小,考虑添加一个较小的零点,为-1,加上零点后,发现幅值裕度依然偏小,但是相交裕度满足了要求,这时候再加上一个极点,经过几次的尝试得到极点-170可以满足给定的幅值裕度。
此时满足第一个性能指标,在经过超调量和调节时间的计算公式来计算相应的值,发现系统满足指标超调量Mp=20%<
校正前:
校正后:
由图可以看出,校正前是绕(-1,0j)1圈,即R=1,由奈氏判据得,p=0所以Z不等于0,闭环系统不稳定。
校正后的奈氏曲线未绕(-1,0j)点,R=0,则Z等于0,闭环系统稳定。
从以上的校正后的根轨迹图可以看出,系统稳定。
第三章系统建模与仿真
这是未加环节时的scope:
加上饱和非线性环节:
在下图中加入的是saturation模块是限幅的饱和特性模块,作用是对输入信号进行限幅。
加上回环非线性环节:
下图中加入的是backlash模块,是磁滞回环特性模块
从上图可以看出,加入非线性环节后,系统的增益有所下降,系统变得更加稳定。
当未校正系统不稳定,且要求校正后系统的响应速度,相角裕度和稳态精度较高时,以采用串联滞后—超前校正为宜。
超前校正利用其超前校正相位特性,获得系统所需的超前相位量,故可以改善系统稳定裕度,而超前改变稳定裕量较小,有时要采取两次超前校正。
滞后校正是其的高频衰减特性,使幅值穿越频率下降,从而提高相位裕度。
可以降低高频噪音。
滞后-超前校正使其超前部分来增加系统的相角裕度,同时其滞后部分来改善系统的稳定裕度。
总结与体会
:
在这次的课程设计之前,对于自控控制原理的相关知识,我们重新翻看好几遍以前的书本。
在校正设计时候,在试取值时需要对校正原理较好的理解才能取出合适的参数,期间我们也不是一次就成功,选了几次才选出比较合适的参数。
这种不断尝试的经历让我们养成一种不断探索的科学研究精神,我想对于将来想从事技术行业的学生这是很重要的。
每一次课程设计都会学到不少东西,这次当然也不例外。
不但对自动原理的知识巩固了,也加深了对
MATLAB
这个强大软件的学习和使用。
同时,通过这次期末的课程设计,使我认识到自己这学期对这门课程的学习还远远不够,还没有较好地将书本中的知识较好地融合,这为我在以后的学习中敲了一记警钟
参考文献:
[1]薛定宇.控制系统计算机辅助设计---MATLAB语言及应用.清华大学出版社.1996年
[2]高国燊.自动控制原理.华南理工大学出版社.2013年
[3]曹戈.MATLAB教材及实训.机械工业出版社.2008年
[4]龚剑.MATLAB入门与提高.清华大学出版社.2003年
[5]
胡寿松.
自动控制原理.科学出版社.2008年
[6]楼顺天.基于MATLAB的系统分析与设计.西安电子科技大学出版社.1999年