自动控制原理课程设计方案多容水箱水位控制系统设计方案.docVIP

引言 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。 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。 ，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； 。 三、课程设计的目的及要求 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。 设计过程及步骤 设计思想 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。 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。 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。 (2)设计过程 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： 绘制值下的系统的Bode图 MATLAB程序为： num=10; f1=[1,0];f2=[1,1];f3=[0.25,1]; den=conv (f1,conv(f2,f3)); bode(num,den) 1.由公式计算得未校正系统的剪切频率，系统未校正时的相角裕量 求得幅值裕量为+8dB 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 选取 所以 从图上可得，即超前部分第二个转折频率 选取，得超前部分传递函数为 2.为了补偿超前校正部分带来的幅值衰减，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，则滞后部分的第一个转折频率为 故滞后部分的传递函数为 3.综合以上内容可得滞后——超前校正装置的传递函数为 由此可作出校正后的Bode图如下所示： MATLAB程序为： f1=[2,1];f2=[5,1]; num=conv(f1,f2); f3=[0.2,1];f4=[50,1]; den=conv(f3,f4); bode(num,den) 则 校正后的系统的Bode图如下所示: MATLAB程序为： f1=[5,1];f2=[2,1];num=10*conv(f1,f2); f3=[1,0];f4=[1,1];f5=[0.25,1];f6=[0.2,1];f7=[5,10]; den=conv(f3,conv(f4,conv(f5,conv(f6,f7)))); bode(num,den) 校验校正后系统的相角裕量为， 4.时域性能指标的要求：对超调量和调节时间要转换到开环频率域的性能指标 因为 由最大超调量 = 而 =2.6475 4.1266s 验证校正后的系统是否满足设计的要求（时域指标与频域指标） 很明显满足相角裕量条件和时域指标要求。 用Simulink对系统进行动态仿真 为进一步验证校验后系统的性能，我们用Simulink对系统进行动态仿真 1.系统未校正时在单位斜坡信号作用下的响应曲线 MATLAB程序为： %G0(s) Unit-Ramp Response% num1=10; den1=[0.25,1.25,1,10,0,0]; t=0:0.1:20; [y1,z1,t]=step(num1,den1,t); plot(t,y1,-); grid 2 系统校正后在单位斜坡信号作用下的响应