三阶随动系统串联校正的频率.doc

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重庆邮电大学移通学院本科毕业设计（论文）

编号：

____________

审定成绩：

____________

毕业设计（论文）

设计（论文）题目:

_三阶随动系统串联校正的频率

__特性法设计及仿真研究_______

单位（系别）：

______自动化系______

学生姓名：

___陈海龙_________

专业：

__电气工程及其自动化__

班级：

___05111106________

学号：

___0511110629______

指导教师：

_______汪纪锋_________

答辩组负责人：

______________________

填表时间：

2015年6月

重庆邮电大学移通学院教务处制

重庆邮电大学移通学院毕业设计（论文）任务书

设计（论文）题目三阶随动系统串联校正的频率特性法设计及仿真研究

学生姓名陈海龙系别自动化系专业电气工程及其自动化班级05111106

指导教师汪纪峰职称教授联系电话42871150

教师单位自动化系下任务日期__2014__年_12_月_20_日

主

要

研

究

内

容

、

方

法

和

要

求

研究典型的Ⅰ型3阶线性系统性能及综合设计，以达到使该系统满足工程实际性能指标的要求。

基本要求：

1．运用经典控制理论中的频率特性法，分析给定的典型的Ⅰ型3阶线性系统基本特性；

2．运用串联校正方法，提出改善系统性能特性满足性能指标要求的设计方案；

3．应用MATLAB/SIMULINK（或物理模拟）对设计系统进行仿真验证。

进

度

计

划

第4周～第6周：

完成系统建模，性能分析；

第7周～第10周：

按性能指标提出校正设计方案；

第11周～第14周：

完成原系统及校正后系统仿真研究，并作比较研究；

第15周～第17周：

撰写论文、修改论文，完成答辩。

主

要

参

考

文

献

1.汪纪峰、党晓圆，《现代控制理论》，人民邮电出版社，2013.11；

2.郑大钟，《线性系统理论》（第2版），清华大学出版社，2008.04；

3.Chi-TsongChen,《LinearSystemTheoryandDesign》，HOLT.RINEHARTANDWINSTON，2001.03；

4.刘向群，《自动控制元件》，北京航空航天大学出版社，2001.08；

5.熊晓君《自动控制原理实验教程》（硬件模拟与MATLAB仿真），机械工业出版社，2009.01；

6.相关学术期刊等。

指导教师签字：

汪纪峰年月日

教研室主任签字：

年月日

备注：

此任务书由指导教师填写，并于毕业设计（论文）开始前下达给学生独立撰写，并于毕业设计（论文）开始后一周内完成。

重庆邮电大学移通学院

毕业设计任务书（简明）技术资料

一、设计题目：

题目16　三阶随动系统串联校正的频率特性法设计及仿真研究

二、系统说明：

设三阶系统开环结构如下

三、系统参量：

校正前：

系统输入信号：

r（t）；系统输出信号：

y（t）；

校正后：

系统输入信号：

u（t）；系统输出信号：

y（t）；

四、设计指标：

1.设定：

在输入为r（t）=u（t）=a+bt，（其中：

a=4，b=1sec.）

2.在保证静态速度误差系数=301sec.的前提下，其动态期望指标：

；。

五、设计要求：

基于频率特性法，试设计一个串联校正闭环系统（如图示），以满足系统设计指标。

Gc（s）

Gp（s）

重庆邮电大学移通学院自动化系

指导教师：

汪纪峰

2014.12

摘要

自动控制技术不仅广泛应用于工业控制中。

而且在军事、农业、航空、航海、核能利用等领域也发挥着重要作用，已经成为现代生产生活中不可缺少的部分。

而在控制系统中设计分析系统的方法很多，主要有根轨迹法，频域法，状态变量法及其设置观测器法等。

本文主要讨论的系统是三阶随动系统，通过串联校正的频率特性法来使其达到预期的性能指标，最后应用MATLAB/SIMULINK（或物理模拟）对设计系统进行仿真验证。

频率法校正是基于频率特性的方法来作系统校正，他与根轨迹校正一样，可以通过频率法校正来实现校正所要求的动态性能与稳定性能，所不同的是，在频率法校正中，校正所依据的是给定的频域性能指标。

在控制系统的分析与综合设计中，首先要建立系统的数学模型。

控制系统的数学模型是描述系统内部的物理量（或变量）之间关系的数学表达式。

在自动控制理论中，数学模型有多种形式。

时域中常用的数学模型有微分方程，差分方程和状态方程；复频域中有传递函数，结构图；频域中有频域特性；S平面的根轨迹特性等。

【关键词】自动控制三阶MATLAB/SIMULINK

ABSTRACT

Automaticcontroltechnologyisnotonlywidelyusedinindustrialcontrol.Andinmilitary,agriculture,aviation,marine,nuclearenergyalsoplaysanimportantrole,hasbecomeamodernproductionindispensablepartoflife.Thedesignandanalysissysteminthecontrolsysteminmanyways,mainlyrootlocusmethod,frequencydomainmethod,thestatevariablemethodandsetobservermethod.Thisarticlefocusesonthesystemthird-orderservosystem,throughaseriesoffrequencycharacteristiccorrectionmethodtoreachthedesiredperformance.FinallyMATLAB/SIMULINK（orphysicalanalog）designsystemsimulation.

Frequencycorrectionmethodisbasedonthemethodusedtomakethesystemfrequencycharacteristiccorrection,heandrootlocuscorrection,ascanbeachievedbycorrectingfrequencymethodofdynamicperformanceandstabilityrequiredforcalibration,thedifferenceisinthefrequencycorrectionmethod,thecorrectionItisbasedonagivenfrequencydomainperformance.

Intheanalysisandsynthesisdesignofcontrolsystems,thefirsttoestablishasystemofmathematicalmodels.Mathematicalmodelofthecontrolsystemistodescribethemathematicalexpressionoftherelationshipbetweenphysicalquantitieswithinthesystem（orvariable）.Automaticcontroltheory,mathematicalmodelhasmanyforms.Themathematicalmodelusedinthetimedomainhavedifferentialequations,differentialequationsandtheequationofstate;thereisthecomplexfrequencydomaintransferfunctionblockdiagram;thefrequencycharacteristicsinthefrequencydomain;rootlocuscharacteristicsSplaneandthelike.

【Keywords】Automaticcontrolthird-orderMATLAB/SIMULIN

前言

自动控制，就是在没有人参与的情况下，通过控制器或者控制装置来控制机器或者设备等物理装置，使得机器设备的受控物理量按照希望的规律变化，达到控制的目的。

对于一个控制系统首要的要求是系统的绝对稳定性。

否则系统无法正常工作，甚至可能导致设备毁坏，造成重大损失。

在系统稳定的前提之下，要求系统的动态性能和稳态性能都要好。

系统的动态性能和稳态性能都是由相应的性能指标来描述的，对于系统的性能要求可以简要概括为：

响应动作要快，动态过程要平稳，跟踪值要准确。

在自动控制系统中，按阶数分类，可以分为一阶，二阶，高阶等。

在本次设计中主要涉及到线性定常三阶系统。

控制系统的校正问题，是自动控制系统设计理论的重要分支，也是具有实用意义的一种改善系统性能的手段与方法。

系统的设计问题，传统的提法是根据给定的被控对象和自动控制的基本要求，单独进行控制器的设计，使得控制器与被控对象组成的系统，能够较好的完成不可改变的部分。

但是近代控制系统的设计问题已经突破了上述的传统观念，例如，近代的不稳定飞行对象的设计，就是事先考虑了控制的作用，亦即控制对象不是不可改变的部分了，而是对象与控制器进行的一体化的设计。

系统的校正问题，是一种原理性的局部设计。

问题的提法是在系统的基本部分，通常是对象、执行机构和测量元件等主要部件，已经确定的条件下，设计校正装置的传递函数和调整系统放大系数。

使系统的动态性能指标满足一定的要求。

这一原理性的局部设计问题通常称为系统的校正或动态补偿器设计。

由于校正方式加入系统的方式不同，所起的作用不同，名目众多的校正设计问题或动态补偿器设计问题，成了控制理论中一个极其活跃的领域，而且它是最有实际应用意义的。

第一章系统的简介

第一节线形控制系统

当系统中各组成环节或元件的状态或特性可以用线性微分方程（或线性差分方程）来描述时，称这种这种系统为线性控制系统