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指导教师评定成绩:
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设计题目:小功率随动控制系统分析与校正
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指 导 教 师:
设计时间: 年 月
目 录
设计题目:小功率随动控制系统分析与校正
图1是KSD-I型小功率随动系统的结构图,其执行环节为一小型直流伺服电机,通过一对自整角机进行检测及二极管桥式相敏整流与低通滤波获得直流偏差信号电压,再经过功率放大及齿轮箱的变速等作用,实现对角位移的精确跟踪。
图1KSD-I小功率随动系统
图中:
设计内容
分析系统未加入校正装置前在等速度信号作用下的稳态性与动态性,绘制Bode图,分析其频域特性。
若随动系统最大角速度为800密位/s.试设计PID校正装置,使系统满足:
速度信号输入时,系统最大稳态误差密位;
最大调量;
系统调整时间;
相位裕量应,系统剪切频率。
分析校正后系统的单位阶跃响应特性。
设计报告正文
摘要
关键词
……..(报告正文内容)
一)、在未加入校正装置前在等速信号作用下的系统性能分析。
未加校正装置前,可得开环传递函数:
闭环传递函数:
等速信号
拉斯变换
系统误差拉斯变换:
稳态误差
系统静态误差系数为:
这样稳态误差可以由静态误差系数来表示为:
动态误差
控制系统的稳态误差是评价系统对与输入信号的跟踪能力与跟踪精度的性能指标。为了考察误差变化的整体情况,可以研究系统的动态误差。将误差传递函数在邻域展开泰勒级数为:
其中为动态位置误差系数;
为动态速度误差系数
为动态加速度误差系数;
误差函数拉斯变换:
输入信号为等速信号其拉氏变换为:
波特图(程序见附录1)
2)动态性能分析
由如上的波特图可以看出系统的开环截止频率为
幅值裕度:
相位裕度:
二)、
系统阶跃响应图
由于要求速度信号输入时,系统最大稳态误差密位,最大调量;系统调整时间;相位裕量应,系统剪切频率。
有图可知系统超调量为89%,调整时间远大于0.7秒,并且系统相位裕量为4.08度,不满足要求,故需要校正。
采用超前校正装置补偿系统相位裕量。
超前校正网络传递函数为:
再由
求得衰减率a及时间常数T
为相位超前角,a为衰减频率,为剪切频率
由于系统低频衰减a造成对开环增益的衰减,因此,在应用是,要串联补偿放大器以补偿超前校正装置对系统增益的影响,故装置传递函数为:
由MATLAB程序(见附录3)仿真,超前校正网络传递函数:
超前校正之后系统开环传递函数为:
闭环传递函数为:
传递函数波特图,开环系统波特图,校正之后系统阶跃响应如下:
有图可知,校正之后系统的幅值裕度满足要求,相位裕度为32.1度,小于45度,不满足要求,调节时间小于0.7秒,也满足要求,超调量为42%,不满足要求剪切频率远大于10,故还需要采取滞后校正
2)采用滞后校正
滞后校正网络,与根轨迹校正中的积分校正网络相同。由于该网络具有相位滞后特性,因此叫做滞后校正。
滞后校正装置的传递函数为:
滞后校正网络相频特性上,相位角先减后增,总是负的。同时具有高频衰减特性,衰减率为:。,滞后校正还附加有相位滞后,应用时要使所对应的频率应远小于系统截止频率。
由MATLAB程序(见附录4)仿真可得
滞后校正网络传递函数:
超前滞后校正之后系统开环传递函数:
闭环传递函数:
滞后校正网络波特图
未加校正与加上校正滞后系统阶跃响应
校正后系统的调整时间:,超调量为:,相位裕度为:,系统剪切频率为:,稳态误差,均满足要求。
综上所述,系统PID超前—滞后校正装置的传递函数为:
设计总结
参考文献
附录
附录1
num= [100];
den= conv([1,0],conv([0.005,1],[0.5,1]));
G=tf(num,den);%系统开环传递函数
margin(G);%开环波特图
附录2
num= [100];
den= conv([1,0],conv([0.005,1],[0.5,1]));
G=tf(num,den);%系统开环传递函数
G_c=feedback(G,1);%闭环传递函数;
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