自動(dòng)控制原理課程設(shè)計(jì)--matlab軟件進(jìn)行系統(tǒng)仿真

1、<p><b>　　設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　首先，通過(guò)對(duì)水箱流量控制系統(tǒng)分析，加強(qiáng)對(duì)水箱流量控制系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，并掌握超前校正網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的方法。</p><p>　　其次，通過(guò)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力。此外，使用Matlab軟件進(jìn)行系統(tǒng)仿真，從而進(jìn)一步掌握Matlab的使用。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)

2、要求和設(shè)計(jì)指標(biāo)</b></p><p>　　題目2：已知單位負(fù)反饋系統(tǒng)被控制對(duì)象的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)</p><p>　　用串聯(lián)校正的頻率域方法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行串聯(lián)校正設(shè)計(jì)。</p><p>　　任務(wù)：用串聯(lián)校正的頻率域方法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行串聯(lián)校正設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)滿(mǎn)足如下動(dòng)態(tài)及靜態(tài)性能指標(biāo)：</p><p>　?。?）在單位斜坡信號(hào)作用下，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤

3、差；</p><p>　?。?）系統(tǒng)校正后，相位裕量。</p><p>　?。?）系統(tǒng)校正后，幅值穿越頻率。</p><p><b>　　三、設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　　手畫(huà)出滿(mǎn)足初始條件的最小值的系統(tǒng)的Bode圖（用漸近線(xiàn)表示），計(jì)算出系統(tǒng)的相角裕量；</p><p>　　在系統(tǒng)前向通

4、道中插入一個(gè)相位超前校正網(wǎng)絡(luò)，確定校正網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)；</p><p>　　用Matlab畫(huà)出校正后的系統(tǒng)Bode圖，并標(biāo)出開(kāi)環(huán)剪切頻率及對(duì)應(yīng)的相角；</p><p>　　確定校正裝置的電路形式及電路參數(shù)；</p><p>　　3.1 確定開(kāi)環(huán)增益</p><p>　　由要求（1）：系統(tǒng)在單位斜坡信號(hào)作用下，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差</p>

5、<p><b>　　。</b></p><p><b>　　得， 取。</b></p><p>　　3.2 求出相角裕量</p><p>　　待校正系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)</p><p>　　上式代表最小相位系統(tǒng)，因此，畫(huà)出其對(duì)數(shù)幅頻漸近線(xiàn)特性</p><p><

6、;b>　　如圖1所示。</b></p><p>　　圖（1）：未校正系統(tǒng)的Bode圖</p><p>　　由圖得待校正系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)剪切頻率 </p><p>　　可算出待校正系統(tǒng)的相角裕量為</p><p>　　相角裕度小的原因，是因?yàn)榇Ｕ到y(tǒng)的對(duì)數(shù)幅頻特性中頻區(qū)的斜率是，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性會(huì)有嚴(yán)重的振蕩，需要校正裝置校正。由于

7、截止頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于指標(biāo)要求，故采用串聯(lián)超前校正是合適的。

8、

9、 </p><p><b>　　3.3確定超前相角</b></p><p>　　加是考慮到校正裝置影響剪切頻率的位置而附加的相角裕量，未校正系統(tǒng)中頻段的斜率為-40dB/dec，故取該值。</p><p><b>　　取</b></p><p>　　3.4求校正裝置的參數(shù)</p>

10、<p>　　3.5確定未校正系統(tǒng)幅值為的頻率8</p><p>　　校正后系統(tǒng)的剪切頻率,網(wǎng)絡(luò)的對(duì)數(shù)8幅值 </p><p>　　可計(jì)算出未校正系統(tǒng)在該處的頻率，既可作為校正后的系統(tǒng)的剪切頻率。</p><p>　　3.6下面計(jì)算校正網(wǎng)絡(luò)的周期</p><p>　　是和的幾何中點(diǎn)，所以有</p><p>&l

11、t;b>　　令</b></p><p><b>　　則</b></p><p>　　3.7寫(xiě)出校正裝置的傳遞函數(shù)</p><p>　　3.8補(bǔ)償超前校正網(wǎng)絡(luò)造成的幅值衰減</p><p><b>　　附加一個(gè)放大器</b></p><p>　　則校正后系統(tǒng)的

12、開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為</p><p>　　做出校正后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和Bode圖，如圖2所示。</p><p>　　圖（2）：校正后的系統(tǒng)的Bode圖和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　3.9校正后的相角裕量</p><p><b>　　由于</b></p><p>　　校正后系統(tǒng)的性能指標(biāo)滿(mǎn)足要求。<

13、/p><p>　　由Matlab畫(huà)出校正后的Bode，可以得到穩(wěn)定性裕量的精確值，。與上面求的值基本一致。由此可得，所選用的校正裝置能夠達(dá)到目的。</p><p>　　3.11采用Matlab來(lái)設(shè)計(jì)校正裝置</p><p>　　做出校正后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和Bode圖，程序如下</p><p>　　>> num=[16.6 1000];&l

14、t;/p><p>　　>> f1=[1 0];</p><p>　　>> f2=[0.1 1];</p><p>　　>> f3=[0.001 1];</p><p>　　>> f4=[0.001141];</p><p>　　>> den=conv(f1,con

15、v(f2,conv(f3,conv(f4))));</p><p>　　>> H=tf(num,den);</p><p>　　>> bode(H)</p><p>　　圖（7）：校正后和校正裝置的頻率特性</p><p>　　讀圖可得，系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)剪切頻率，相角裕量。滿(mǎn)足系統(tǒng)要求。</p><p&g

16、t;<b>　　設(shè)計(jì)小結(jié)</b></p><p>　　通過(guò)對(duì)初步知識(shí)的了解，對(duì)校正系統(tǒng)各種方案的比較，得出校正系統(tǒng)最優(yōu)方案。設(shè)計(jì)過(guò)程中的方案選擇和參數(shù)設(shè)定使我進(jìn)一步深刻認(rèn)識(shí)到自控原理中校正環(huán)節(jié)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的重要作用。一個(gè)細(xì)小的參數(shù)設(shè)定出現(xiàn)偏差，可能導(dǎo)致最后的性能指標(biāo)與系統(tǒng)要求相差甚遠(yuǎn)。運(yùn)用Matlab軟件作出系統(tǒng)的波的圖，極大地簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)過(guò)程，更加清晰直觀的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，同時(shí)也初步掌握了Matla