自动控制原理课程设计-多容水箱水位控制系统设计.doc

Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;mercialuse肆引言肃自动控制原理课程是自动化类专业的核心课程,它涉及到控制系统的分析设计参数的整定等多种问题,包括古典控制理论,现代控制理论等。作为电气工程及其自动化专业的学生,学好这门课程,对以后的工作或是进一步的深造都有很大的帮助。Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;mercialuse艿在现代科学技术的众多领域中,自动控制技术起着越来越重要的作用。自动控制是指在没有人直接参与的情况下,利用外加的设备或装置,使机器,设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。蕿设计课题Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;mercialuse螃多容水箱水位控制系统设计膂设单位反馈的多容水箱水位控制系统,其系统的开环传递函数为:Error!Nobookmarknamegiven.,用频域设计滞后——超前校正装置,使校正后系统满足以下指标:单位斜坡信号作用下速度误差系数;校正后相位裕量,时域性能指标:超调量﹪≤30﹪,调整时间;。蚈三、课程设计的目的及要求艿通过课程设计,在掌握自动控制理论基本原理、一般电学系统自动控制方法的基础上,用MATLAB实现系统的仿真与调试。要求根据所学控制理论知识(频率法或根轨迹法)进行人工设计校正装置,初步设计出校正装置传递函数形式及参数。要求在MATLAB下,用simulink进行状态仿真,在计算机上对人工设计系统进行仿真调试,使其满足技术要求;确定校正装置的电路形式及电路参数;完成设计报告。袅设计过程及步骤薄设计思想莂在分析设计时,应用频域法设计滞后——超前校正装置,其中超前校正部分可以提高系统的相角裕量,同时使频带变宽,改善系统的动态特性;滞后校正部分则主要用来提高系统的稳态特性。螆频率法设计校正装置主要是通过对数频率特性(Bode图)来进行。开环对数频率特性的低频段决定系统的稳态误差,根据稳态性能指标确定低频段的斜率和高度。为保证系统具有足够的稳定裕量,开环对数频率特性在剪切频率附近的斜率应为20,而且应具有足够的中频宽度,为抑制高频干扰的影响,高频段应尽可能迅速衰减。羆基于频率法校正的基本思想是:首先研究怎样改造原有系统的频率特性,才能使系统的性能指标满足要求;然后根据改造原系统频率特性的要求,确定在原系统中需要附加的校正装置;最后我们确定校正装置的电路形式及电路参数。蚂(2)设计过程螁根据单位斜坡信号作用下速度误差系数可以求得,所以系统的开环传递函数为:薆绘制值下的系统的Bode图螃螁芁MATLAB程序为:芆>>num=10;螅>>f1=[1,0];f2=[1,1];f3=[,1];膃>>den=conv(f1,conv(f2,f3));蚀>>bode(num,den),系统未校正时的相角裕量袆求得幅值裕量为+8dB节得未校正时系统的频率为2,校正装置在此频率产生一个-8dB的增益,由以上条件及,可解得校正装置的参数聿选取所以螇从图上可得,即超前部分第二个转折频率蚃选取,,可串入一放大器,放大倍数;与超前部分同理可以求得滞后部分的第二个转折频率为并选取=10,——超前校正装置的传递函数为蚅由此可作出校正后的Bode图如下所示:螂MATLAB程序为:膂>>f1=[2,1];f2=[5,1];芈>>num=conv(f1,f2);螆>>f3=[,1];f4=[50,1];袁>>den=conv(f3,f4);>>bode(num,den)蚁羈则薄校正后的系统的Bode图如下所示:膃MATLAB程序为:肁>>f1=[5,1];f2=[2,1];num=10*conv(f1,f2);蝿>>f3=[1,0];f4=[1,1];f5=[,1];f6=[,1];f7=[5,10];蚁>>den=conv(f3,conv(f4,conv(f5,conv(f6,f7))));莈>>bode(num,den)薆薅螃校验校正后系统的相角裕量为,:对超调量和调节时间要转换到开环频率域的性能指标羆因为芆由最大超调量=薀袈而莅=(时域指标与频域指标)羇袄很明显满足相角裕量条件和时域指标要求。蒂用Simulink对系统进行动态仿真蚃荿为进一步验证校验后系统的性能,: