Ⅰ型二阶系统的典型分析与综合设计.doc
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1、 目录任务书1第一章 系统概述31.1设计目的31.2系统原理(工作原理)31.3系统设计的任务51.4 设计指标5第二章 系统建模62.1 各环节建模62.1.1比较器62.1.2比例环节62.1.3积分环节72.1.4惯性环节82.1.5反馈环节92.2 系统的数学模型92.2.1系统结构框图92.2.2系统等价框图102.2.3系统闭环传递函数和特征方程102.2.4小结11第三章 系统分析123.1系统稳定性分析123.1.1稳定的定义123.1.2绘制跟轨迹图123.1.2利用劳斯判据验证稳定性143.2稳态(精度)分析153.2.1跟踪能力153.2.2求取静态误差153.2.3验
2、证误差163.3系统动态分析173.3.1根据根轨迹分析动态指标173.3.2结论19第四章 系统综合校正设计204.1校正方案的分析204.2校正方案的确立214.2.1分析并选取校正方式214.2.2数学模型与期望的参数求取214.2.3用根轨迹图验证校正系统的稳定性234.3.4利用解析法验证上述结果正确性23第五章 系统模拟245.1原系统的物理模拟图245.2校正装置物理模拟图245.3综合系统使系统变为单位负反馈25第六章 系统综合前后的MATLAB仿真验证266.1 MATLAB中画出原系统单位阶跃响应曲线266.2 MATLAB中画出综合后系统的单位阶跃响应曲线276.3校正前
3、后结果对比分析29第七章 设计总结307.1 总结与心得体会307.2 致谢31参考文献32任务书重庆邮电大学移通学院自动控制原理课程设计(简明)任务书引 言:自动控制原理课程设计是该课程的一个重要教学环节,它有别于毕业设计,更不同课堂教学。它只要是培养学生统筹运用自动控制原理课程中所学的理论知识,掌握反馈控制系统的基本理论和基本方法,对工程实际系统进行完整的全面分析和综合。一 设计题目(之一):I型二阶系统的典型分析与综合设计二 系统说明:该I系统物理模拟结构如下图 系统物理模拟图其中:R0=100K; C1=C2=F ; R2=1/2R0Rf为线性滑动电位器,可调范围为:设计过程可忽略各种
4、干扰,比如:运算放大器的零点漂移,环节间的负载效应,外界强力电力设备产生的电磁干扰等,均可忽略。三 系统参量: 系统输入信号:r(t); 系统输出信号:y(t);四 设计指标:设定:输入为 r(t)=a+bt (其中:a = b =) 在保证静态指标 kv=5(ess0.8)的前提下;要求动态期望指标:;五 基本要求:a) 建立系统数学模型传递函数;b) 利用频率特性法分析和综合系统(一班:学号为双号同学做);利用根轨迹方法分析和综合系统(一班:学号为单号同学做);利用串联校正法综合系统 (二班:学号为双号同学做);利用并联校正法综合系统 (二班:学号为单号同学做);c) 完成系统综合前后的有
5、源物理模拟(验证)实验连接图;d) 完成系统综合前后的MATLAB仿真(验证)验证;六 设计校验:a) 课程设计计算说明书一份;b) 原系统组成结构原理图一张(自绘);c) 系统分析,综合用BODE图(或根轨迹图);d) 系统综合前后的模拟图各一张;e) MATLAB仿真程序及仿真结果图;f) 封面装帧成册; 移通学院自动化系 指导老师:汪纪锋 2014-12-15自动控制原理课程设计第一章 系统概述1.1设计目的1、 培养学生的统筹运用自动控制原理课程中所学的理论知识。2、 掌握反馈控制系统的基本理论和方法。3、培养学生对工程实际系统进行完整而全面分析和综合。4、掌握控制系统的设计和校正方法
6、。5、掌握利用matlab对控制理论进行分析,研究和仿真技能。6、提高分析问题和解决问题的能力。1.2系统原理(工作原理) 在自动控制领域,系统是指由内部互相联系的部件按照一定的规律组成能够完成一定功能的有机整体。开环控制和闭环控制是系统控制的两种基本形式。输出量出量输出量控制量制量量输入量输入入输入量入量 控制器 受控对象 图1-1 (a)开环控制系统开环控制系统的特点:是控制量与输出量之间仅有一条前向通路,而没有反馈通路。输出量不能对控制量产生影响。 输入量输输入量入量输出量输出量控制量控制量 控制器 受控对象 反馈元件 图1-2 (b)闭环控制系统闭环控制系统的特点:有一条从输入端到输出
7、端的前向通路, 还有一条 从输出端到输入端的反馈通路。输出量通过一个测量变送元件反馈到输入端,与输入信号比较后得到偏差信号来作为控制量的输入,反馈的作用是减小误差,以达到满意的控制效果。 上述(b)系统的输出量通过测量变送元件返回到系统的输入端,并和系统的输入量作比较的过程称为反馈。如果输入量和反馈量相减则称为负反馈;反之,若二者相加,则称为正反馈。控制系统中一般采用负反馈方式。输入量与反馈量之差称为偏差信号。经典控制理论的主要研究对象是负反馈的闭环控制系统。该设计中的系统物理模拟结构图:图1-3 系统物理模拟图它是由一个比例环节,一个积分环节,一个惯性环节,一个反馈环节和一个比较环节组成。1
8、.3系统设计的任务(1)建立系统数学模型传递函数;(2)利用根轨迹法分析和综合系统;(3)完成系统综合前后的有源物理模拟(验证)实验;(4)完成系统综合前后的MATLAB仿真(验证)实验;1.4 设计指标设定:输入为 r(t)=a+bt (其中:a = b =) 在保证静态指标 kv=5(ess0.8)的前提下;要求动态期望指标:; 第二章 系统建模2.1 各环节建模因为各环节间无负载效应,所以可以分开单独分析。 2.1.1比较器数学模型: 结构框图 : 图2-1 比较器结构框图比较器的作用:检测系统的偏差的重要环节,使系统产生控制作用。2.1.2比例环节物理模型 :图2-2 比例环节模拟图输
9、入: 输出:数学模型: 结构框图 : 图2-3 比例环节结构框图功能作用: 1.前置放大 2.电压(电流)放大 3.功率放大 由于可调电阻的可调范围为,所以放大倍数2.1.3积分环节物理模型:图2-4 积分环节模拟图 输入: 输出: 数学模型:结构框图 : 图2-5 积分环节结构框图功能作用:体现系统达到平稳的快慢程度,提高系统对输入信号的跟踪能力。2.1.4惯性环节 物理模型:图2-6 惯性环节模拟图 输入: 输出: 数学模型: 结构框图: 图2-7 惯性环节框图功能作用:体现了大多数物体的自然属性,有储能特性,体现达到稳态值的快慢程度。2.1.5反馈环节输入: 输出: 数学模型: 1结构框
10、图: 图2-8 反馈环节结构框图功能作用:将输出信号通过一定方式馈送至系统环节输入端过程,是一种装置,也是一种线路连接。2.2 系统的数学模型 2.2.1系统结构框图 EMBED Equation.DSMT4 -图2-9 系统结构框图 , , 2.2.2系统等价框图 _ 图2-10 系统简化框图 , (2-1) 2.2.3系统闭环传递函数和特征方程 系统闭环传递函数: , (2-2) 特征方程: (2-3) 2.2.4小结 该系统为型二阶系统,其开环传递函数为第三章 系统分析3.1系统稳定性分析3.1.1稳定的定义 系统在外部扰动作用下,其平衡遭致破坏。如果经过足够长时间,系统(响应)能达到一
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