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文檔簡介
1、<p><b> 前言</b></p><p> 這次課程設(shè)計和上個學期的課程設(shè)計可以是大同小異,都是運用MATLAB強大的編程和繪圖功能來得到最后的結(jié)果。有所不同的是,我們上個學期學習的MATLAB只是對其有個最初步的了解,編寫的程序都是一些比較娛樂好玩的小程序。而這個學期的CSCAD則是要用的MATLAB在機械制造和制動化控制方面的,更為專業(yè)化的功能。我想,這次課程設(shè)計才是
2、真正考驗我們所學專業(yè)知識最好的試煉了。</p><p> 這次課程設(shè)計,我抽到的題目是將一個不滿足要求的系統(tǒng)傳遞函數(shù),通過MATLAB編程,將其校正到滿足要求的新系統(tǒng)。</p><p> 剛剛拿到這個題目時,我是相當迷茫的。因為這次課程設(shè)計安排的時間之早,安排制作的時間之短,任務(wù)之重,都是我以前沒有遇到過的,對于校正的方法,我還沒有好好地消化過。所以有些手足無措。我也只能一邊學,一邊做
3、了。用自己最快的速度將課程設(shè)計完成。這不是我急功近利,而是留給我的時間實在不夠用。如果我把速度放慢,后面還有其他科的課程設(shè)計,如果要堆在一起做的話,可能更是痛苦萬分了。所以我只能迅速的完成這次課程設(shè)計,為后面的課程設(shè)計流出更多的時間才行。這次課程設(shè)計稍微讓我感到欣慰的是課程設(shè)計是提前安排的,可以讓我的課余時間過得相對充實一些,不會因為無事可做而無聊了。</p><p> 我相信,通過自己的努力,我肯定可以再次攻
4、克這次難。最后用一句話送給自己:“I will be king!I will get the victory in this war!”</p><p><b> 目錄</b></p><p><b> 設(shè)計目的1</b></p><p><b> 設(shè)計要求1</b></p>
5、<p><b> 設(shè)計內(nèi)容及思路1</b></p><p><b> 名詞解釋2</b></p><p><b> 設(shè)計思路流程圖3</b></p><p><b> 程序代碼設(shè)計5</b></p><p><b>
6、結(jié)論分析7</b></p><p><b> 總結(jié)13</b></p><p><b> 一、設(shè)計目的</b></p><p> 本次課程設(shè)計的目的主要是熟悉并掌握已經(jīng)學習過的基于MATLAB軟件的串聯(lián)超前校正,滯后校正、超前和滯后校正三種校正方法的運用。</p><p>&l
7、t;b> 二、設(shè)計要求</b></p><p> 課程設(shè)計的設(shè)計要求是,已知一個不穩(wěn)定的閉環(huán)控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù),通過上述三種方法中的其中一種,將傳遞函數(shù)變形為一個新的,符合人們要求的新傳遞函數(shù)。</p><p><b> 三、設(shè)計內(nèi)容及思路</b></p><p> 題目:某系統(tǒng)圖如下,采用串聯(lián)校正,要求校正的系統(tǒng)在
8、r(t)=t的作用下的穩(wěn)定誤差相位裕量r=40度,試確定校正裝置的傳遞函數(shù)。</p><p> 上面給出的就是題目給出的一個不穩(wěn)定的閉環(huán)傳遞函數(shù)的模型,但是這次我要用到的并不是MATLAB的仿真系統(tǒng)。而是要用到MATLAB強大的函數(shù)功能來實現(xiàn)對系統(tǒng)的校正。所以,我們先要了解一下,什么是校正。</p><p> 思路(1)前求解出,系統(tǒng)不穩(wěn)定時的開環(huán)傳遞函數(shù)。</p>&
9、lt;p> 觀察系統(tǒng)的bode圖以及相應(yīng)的相位裕量,看其與要求的相位裕量差多少。</p><p> 確定要使用的校正方法。</p><p> 用MATLAB進行校正程序的編程。</p><p> 若一次校正無法成功,應(yīng)采用多次校正,直到相位裕量滿足系</p><p><b> 統(tǒng)的要求。</b></
10、p><p><b> 四、名詞解釋</b></p><p><b> 什么是校正</b></p><p> 系統(tǒng)的零、極點在s平面上的分布和系統(tǒng)的動、靜態(tài)性能緊密相關(guān),若能適當?shù)卦谠到y(tǒng)上增加零、極點,改變系統(tǒng)的零、極點分布情況。就能達到改善系統(tǒng)性能的目的,使之滿足對性能指標的要求。其實,校正的實質(zhì)就是在系統(tǒng)中加入新的環(huán)
11、節(jié),在原系統(tǒng)中添加零、極點,改變原系統(tǒng)的的零、極點分布,即改變原系統(tǒng)的根軌跡或頻率特性曲線的形狀,使系統(tǒng)的動、靜態(tài)性能到底滿足的要求。</p><p> 2、什么是串聯(lián)超前校正</p><p> 串聯(lián)超前校正是用于改善閉環(huán)系統(tǒng)的動態(tài)性能,對于系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能影響不大。提高了截止頻率的值從而改變了系統(tǒng)的快速性。同時,由于正相移的作用,加大了系統(tǒng)的穩(wěn)定裕量。</p><p
12、><b> 五、設(shè)計思路流程圖</b></p><p><b> NO</b></p><p><b> YES</b></p><p><b> NO</b></p><p><b> YES</b></p&g
13、t;<p> 注意:經(jīng)過多次校正后的的系統(tǒng)求出的相位裕量可能和要求的相位裕量幾度的偏差,可以通過調(diào)整ep的值來得到最后結(jié)果。</p><p><b> 六、程序代碼設(shè)計</b></p><p><b> clc</b></p><p><b> clear</b></p&g
14、t;<p><b> syms k s;</b></p><p> GK0=0.8*k/(0.5*s.^3+s.^2+s);</p><p> K1=limit(s*GK0,s,0)</p><p><b> num1=125;</b></p><p> den1=[0.5,
15、1,1];</p><p> g1=tf(num1,den1)</p><p><b> num2=1;</b></p><p> den2=[1,0];</p><p> g2=tf(num2,den2)</p><p><b> g3=0.8;</b></
16、p><p><b> Gk1=g1*g2</b></p><p> disp('開環(huán)傳遞函數(shù)')</p><p> Gk=g1*g2*g3 %相當于G0</p><p> [Gm,Pm,Wg,Wc]=margin(Gk) %校正前的值</p><p><b>
17、 r=40;</b></p><p><b> ep=6;</b></p><p><b> r1=Pm;</b></p><p> disp('相位超前量');</p><p> cqxw=(r+ep)*pi/180</p><p>
18、disp('超前相位裝置參數(shù)')</p><p> a=(1+sin(cqxw))/(1-sin(cqxw))%disp('校正前系統(tǒng)輔')</p><p> [mag0,phase0,w]=bode(Gk);</p><p> mag20=20*log10(mag0);</p><p> mcm=-1
19、0*log10(a);</p><p> Wm=spline(mag20,w,mcm)</p><p> T=1/(Wm*sqrt(a)) %公式8-6</p><p> numc=[a*T,1];</p><p> denc=[T,1];</p><p> disp('新型校正')&l
20、t;/p><p> Gc=tf(numc,denc) %有待證實</p><p><b> G=Gk*Gc</b></p><p> disp('校正后')</p><p> [Gm1,Pm1,Wg1,Wc1]=margin(G) %校正后</p><p> disp
21、('第二次校正')</p><p> [mag1,phase1,w1]=bode(G);</p><p> mag21=20*log10(mag1);</p><p> mcm1=-10*log10(a);</p><p> Wm1=spline(mag21,w1,mcm1);</p><p>
22、 T1=1/(Wm1*sqrt(a));</p><p> numc1=[a*T1,1];</p><p> denc1=[T1,1];</p><p> Gc1=tf(numc1,denc1);</p><p><b> G1=G*Gc1;</b></p><p> [Gm2,Pm2
23、,Wg2,Wc2]=margin(G1)</p><p> disp('第三次校正')</p><p> [mag2,phase2,w2]=bode(G1);</p><p> mag22=20*log10(mag2);</p><p> mcm2=-10*log10(a);</p><p>
24、 Wm2=spline(mag22,w2,mcm2);</p><p> T2=1/(Wm2*sqrt(a));</p><p> numc2=[a*T2,1];</p><p> denc2=[T2,1];</p><p> Gc2=tf(numc2,denc2);</p><p> G2=Gc2*G1;&
25、lt;/p><p> [Gm3,Pm3,Wg3,Wc3]=margin(G2)</p><p><b> figure(1)</b></p><p> bode(Gk,'b',G2,'r',Gc2,'g')</p><p><b> grid</b>
26、;</p><p> gtext('校正前');</p><p> gtext('校正后');</p><p> gtext('校正裝置');</p><p> gtext('校正前');</p><p> gtext('校正后'
27、);</p><p> gtext('校正裝置');</p><p><b> figure(2)</b></p><p> step(Gk,'b',G2,'r')</p><p><b> 七、結(jié)論分析</b></p><
28、p> 圖1 校正前的動態(tài)性能指標</p><p> 從圖1中可以看出,原系統(tǒng)的動態(tài)性能指標中,相位裕量[Pm= -68.4166.度系統(tǒng)處于不穩(wěn)定狀態(tài)。與題目要求的40度差了108多度,所以要通過系統(tǒng)校正來將系統(tǒng)變?yōu)榉€(wěn)定狀態(tài)。</p><p> 圖2 第一次校正后的動態(tài)性能指標</p><p> 從圖2中可以明顯看出,經(jīng)過第一次校正后的系統(tǒng)相位裕量有了
29、明顯的增大。Pm值從原來的-68.4166,上升到-28.1974。但系統(tǒng)還是處于不穩(wěn)定狀態(tài)。</p><p><b> 、</b></p><p> 圖3 第二次校正后的系統(tǒng)動態(tài)性能指標</p><p> 通過第二次校正之后,系統(tǒng)的Pm已經(jīng)從負的轉(zhuǎn)變?yōu)檎?,說明系統(tǒng)已經(jīng)處于穩(wěn)定狀態(tài),但是還沒達到≤40度的最終要求。所以還需要校正。<
30、;/p><p> 圖4 第三次校正后系統(tǒng)動態(tài)性能指標</p><p> 從圖中可以看出,通過三次校正,系統(tǒng)的動態(tài)性能指標,終于達到了題目要求的≤40度。但要注意的是,其實真實的第三次校正的Pm值并不是一次就到40度左右的。第三次校正Pm值是38度左右。這時,就要通過調(diào)節(jié)ep補償角度來調(diào)節(jié)系統(tǒng)了。一般ep在5到15度左右。我所調(diào)節(jié)的ep值6度,相位裕量滿足題目要求的≤40度。</p&g
31、t;<p> 圖5 三次校正前后的系統(tǒng)bode圖對比</p><p> 圖5是校正前后的系統(tǒng)bode圖對比,我們主要分析Phase圖。其中藍色為校正前的動態(tài)性能指標,紅色為校正后,綠色為校正裝置??梢钥闯鲂U?、后系統(tǒng)的動態(tài)性能指標有者明顯的變化。校正后的系統(tǒng)性能比校正前的系統(tǒng)性能高出許多。</p><p> 圖6 校正前后系統(tǒng)的階躍響應(yīng)</p><
32、p> 可以看出,校正后的系統(tǒng)階躍響應(yīng)也要比校正前提高一下</p><p><b> 總結(jié)</b></p><p> 通過一個星期的努力,我的課程設(shè)計終于接近了尾聲,完成的速度一般吧。三天調(diào)試程序,三天寫報告。不過也算可以了,沒有花太多時間。這樣我就可以有更多時間去做其它的課程設(shè)計了。</p><p> 在這次課程設(shè)計中遇到的問題是
33、沒有理解多次校正,有些鉆牛角尖了,總是想著可以一次校正成功。為此也耽誤了不少時間。有的時候還以為是公式待錯了,但看書查詢,又沒有錯誤。于是我去詢問了周老師后才知道,要通過多次校正才能達到想要的相位裕量。但是,新的問題有接踵而至了,不知道該從哪里開始第二次校正。于是我每天就盯著書上的示范題翻來覆去地看,希望能從中找到啟發(fā)。終于,我找到了多次校正的關(guān)鍵。就是在第一次校正之后,取出校正后系統(tǒng)函數(shù)的bode圖參數(shù)中的幅頻,也就是其中的mag值,
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