自动控制原理课程设计---燃油调节控制系统校正装置设计.doc

自动控制原理课程设计 ——燃油调节控制系统校正装置设计 院系：机电工程学院 专业：电气工程及其自动化 班级： 学号： 姓名： 指导老师： 职称： 郑州航空工业管理学院 2011年12月10日 自动控制课程设计 一、设计目的 ?? ? 通过课程设计，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。 二、设计要求 ? ? 收集和查阅有关技术资料，独立完成所承担的设计课题的全部内容，初步掌握设计原则、设计方法、设计步骤和设计规范的应用；对工程设计方案进行选择和分析；绘制设计图；撰写说明书。具体要求如下： 1.根据所学的控制理论知识（频率法、根轨迹法等）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； 2.在MATLAB下，用simulink进行动态仿真，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； 3.确定校正装置的电路形式及电路参数（选作）； 4.完成设计报告。 ??燃油调节控制系统校正装置设计： 已知燃油控制系统的开环传递函数为:，设计超前校正装置，使其校正后闭环主导极点满足：阶跃响应的超调量，调整时间，系统单位斜波响应稳态误差。 四、设计步骤 思路：依题可知系统的性能指标是在时域范围内提出的，给定了要求的超调量、调整时间及稳态误差，则采用根轨迹法进行设计和校正是很有效的，所以该题选用根轨迹法来设计校正装置，最终使系统满足要求，并利用MATLAB来进行校验. 由所给开环传递函数画根轨迹图： 1）系统有三个开环极点：0、-4、-10，没有开环零点，所以根轨迹有三条，分别起始于开环极点，均趋于无穷远处； 2)实轴上的根轨迹段为和区域，根轨迹对称于实轴且连续变 化； 3）渐近线与实轴交点为：， 与实轴夹角为： ； 4）分离点会合点为：， ； 解得: ; ; 可知均为分离点，分离角均为：； 5)与虚轴交点根据特征方程求解得： ， ； 令实部和虚部为零：和解得： 所以原系统的根轨迹如下图所示： （注：用手绘和MATLAB绘制而成） 依题知要求单位斜波响应稳态误差： ，则： 可设校正装置的传递函数为：，校正增益为 则得： 求得： 原系统的单位阶跃响应曲线图如下所示：（用MATLAB获得） numg=2; deng=conv([1 0],conv([0.25 1],[0.1 1])); [num1,den1]=cloop(numg,deng); t=0:0.1:20; [c1,x1,t]=step(num1,den1,t); plot(t,c1,-);grid; 以曲线图可知原系统的阶跃响应超调量60%,调整时间12s，没有满足要求，所以必须进行校正。 2.根据题目要求及公式可求得性能指标和的值： ， 解得 ； 有曲线图得振幅进入的误差范围此时： ， 解得 ； 求的满足题给条件的闭环极点为：； 对照根轨迹图可看出原系统根轨迹不通过希望的闭环极点，且根轨迹位于期望极点的右侧，则原根轨迹需要加以修正可在系统的前向通道中串入超前校正装置。 校正装置的确定：应使校正后的装置的系统根轨迹通过希望的闭环主导极点，也就需要满足相角条件： 校正装置产生的超前相角为： 对于所得的值，校正装置的零、极点位置不唯一，在这取系数为最大值时确定的零、极点。 依图得： ， ； ， 令则得：； 由此确定超前校正装置的零、极点位置(不唯一)。 原系统在希望主导极点上得相角为： 所以为使根轨迹通过希望的闭环极点，超前装置应在该点上产生的相角。 又有 ： 则有： 代入上式得： ； 故校正传递函数为： ； 所以： ， ； 校正传递函数化为： ； 为补偿超前校正装置的幅值衰减，需要加一个放大倍数为的补偿放大器，有前面算得的，所以校正装置的传递函数可视为： ； 校正后的传递函数为： ; 4.校正后传递函数的根轨迹及单位阶跃响应曲线的变化。 校正后的系统根轨迹