自动控制原理课程设计晶闸管直流电机调速系统.doc

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1、 目录第一章 设计内容及要求1第二章 设计过程 3第三章 系统仿真模型的建立 8第四章 总结与体会 11参考文献 1211 设计任务及设计过程（一）设计任务晶闸管-直流电机调速系统如图所示 （ksm10）1、画出未校正系统的根轨迹图，分析系统是否稳定。2、对系统进行串联校正，要求校正后的系统满足指标：（1）相角稳定裕度Pm40 , 幅值稳定裕度Gm13。（2）在阶跃信号作用下，系统超调量Mp25%，调节时间Ts40 , 幅值稳定裕度Gm13。（2）在阶跃信号作用下，系统超调量Mp25%，调节时间Ts0.15秒。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

2、d1=4.099e-007 0.0002695 0.01476 0.1925;sys1=tf(n1,d1); z,p,k=tf2zp(n1,d1);z1=z -1;p1=-598.6366 -38.4242 -20.4167 -170sys=zpk(z1,p1,k);w=logspace(-1,5);figure(1);bode(sys,w);margin(sys);figure(2);nyquist(sys);figure(3);rlocus(sys)grid on;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%

3、调节时间Ts=0.8秒0.15秒。满足系统的要求。3、分别画出校正前，校正后和校正装置的幅频特性图。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%25%，调节时间Ts=0.8

4、秒0.15秒。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。校正前：校正后：分析：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。6、 分别画出系统校正前、后的的根轨迹图。校正前：n1=10;d1=4.099e-007 0.0002695 0.01476 0.1925;sys1=tf(n1,d1); z,p,k=tf2zp(n1,d1);z1=z -1;p1=-598.6366 -38.4242 -20.4167 -170sys=zpk(z1,p1,

5、k);w=logspace(-1,5);figure(1);bode(sys,w);margin(sys);figure(2);nyquist(sys);figure(3);rlocus(sys)grid on;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。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

6、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。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）。 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

7、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