自动控制原理课程设计--电动车控制系统校正.doc

自动控制研究性教学电动车车速控制系统校正

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电动车车速控制系统校正

目录

TOC\o1-3\h\z\u一、研究内容 2

1、研究内容 2

2、控制原理图 3

二、系统建模 3

1、系统分析 3

2、简化系统模型 4

三、时域分析 4

1、稳定性分析 5

2、稳态误差分析 5

3、动态特性指标 5

4、调整系统 7

四、根轨迹分析 10

1、根轨迹 10

2、系统特性分析 11

五、频域分析 14

1、系统伯德图、奈奎斯特图 14

2、系统性能分析 15

六、小组分工 17

七、感受心得 17

一、研究内容

1、研究内容

通过车手柄转手产生不同扭矩，电源输入不同的电压值（不稳定），改变直流电机的电流输出值，从而影响电机的转速，改变车速。车速通过转速计反馈给输入的电压值，然后进一步稳定输出车速，如此反复，直到车速达到一定的稳定状态（在一定范围内变化），表现为和输入的扭矩呈线性关系。

2、控制原理图

二、系统建模

1、系统分析

控制对象：直流电机扰动量：电机的负载阻力转矩

输入量：电压U（转矩）输出量：输出车速n

2、简化系统模型

由电路图可知系统由一个积分环节、一个一阶微分环节、两个性环节组成，故其传递函数和方框图有：

G4(s)G3(s)G2(s)G1(s)R（s） C(s)

G4(s)

G3(s)

G2(s)

G1(s)

Wf(s)

Wf(s)

-1

K2/T2S+1K1/T1S+1Τ○S+11/SR（s）

K2/T2S+1

K1/T1S+1

Τ○S+1

1/S

1

1

-1

Wk=Kk(τ0S+1)/[s(τ1S+1)(τ2S+1)]

WB=Wk/(1+WkWf)

三、时域分析

取单位反馈，令τ0=0.5，τ1=1，τ2=4对系统进分析

1、稳定性分析

特征方程有：

τ1τ2S^3+(τ1+τ2)S^2+(τ0Kk+1)S+Kk=0

S^340.5K+1

S^25K

S^11-0.3K 0

S^0K

故开环增益0Kk＜3.333

2、稳态误差分析

系统为1型系统故Kv=Kk，输入信号为x(t)=a*1+b*t+0.5*c*t

eSS=a*0+b/K+c*∞

由此可以得出，增大K或者提升系统的型别可以减少系统稳态误差

3、动态特性指标

在Metlab中编程可得其性能参数

由此可知系统的开环放大系数Kk越大系统就越趋于不稳定状态，过小则会使系统反应较慢，此系统合适的Kk在0.1附近。

4、调整系统

由于Kk的值太小，没有实现信号的放大，加入微分环节调大Kk，此时系统开环函数为

Wk=Kk[(τ0S+1)(aS+1)]/[S(τ1S+1)(τ2S+1)]

令a=0.5，特征方程有：

τ1τ2S^3+(τ1+τ2+τ0*a)S^2+((a+τ0)Kk+1)S+Kk=0

S^34K+1

S^25+0.25KK

S^1(0.25K^2+1.25K+5)/(5+0.25K)

S^0K

K可以使任意正数，系统都保持稳定。

稳态误差:

eSS=a*0+b/K+c*∞

由此可知，加入微分环节会增大Kk,系统的超调量会先增加后减小，同时会使系统的响应速度提高，tr、tp、ts都会减小，但K太大，系统可控性就会减弱，调整a,使K在合理范围内。

使K=15，改变a，在Metlab中编程，得出性能指数和图形

随着a的增大，系统的震荡性减弱，超调量下降，选取a=2.5此时放大倍数有开始的0.1调大到15，系统的各项参数都达到很好的范围。

四、根轨迹分析

1、根轨迹

Wk=Kk(τ0S+1)/[s(τ1S+1)(τ2S+1)]

取单位反馈，令τ0=0.5，τ1=1，τ2=4对系统进分析

临界稳定的增益和极点：

K=2.89-p1=-1.2306+0.0000i–p2=-0.0097+0.7666i

–p3=