高速列车倾斜控制系统分析与综合设计 (3).docxVIP

北方民族大学控制系统仿真与设计综合实训

PAGE2

北方民族大学

实训报告

系（部、中心）电气信息工程学院

姓名学号

专业自动化班级

同组人员

课程名称控制系统仿真与设计综合实训

实训题目名称高速列车倾斜控制系统分析与综合设计

起止时间

成绩

指导教师签名

北方民族大学教务处制

目录

引言3

1.1系统说明3

1.2设计指标3

1.3基本要求3

校正前系统性能分析4

2.1稳态性能4

2.2动态性能6

校准装置设计7

3.1控制系统类型分类7

3.2系统建模7

3.3频域法进行校正7

校正后系统性能分析9

4.1运用matlab进行时域仿真9

4.2运用matlab进行频域仿真10

4.3时域性能结果10

设计总结及心得体会11

5.1设计总结及心得体会11

七,参考文献12

一、引言

1.1系统说明

高速列车的倾斜控制系统如图所示，设计一个合适的校正网络，使系统阶跃响应超调量小于5%，调节时间小于0.6%（2%准则），并使系统对斜波输入响应的稳态误差小于15%。然后，计算系统的实际响应并检查试验结果。

图1控制系统结构图

1.2设计指标

1、系统对斜波输入响应的稳态误差小于15%，Kv=6.7；

2、系统对阶跃输入的超调量小于5%；

3、按2%准则调节时间ts不超过0.5s。

1.3基本要求

1、对原系统进行稳定性分析；

2、利用频率域方法分析系统：

（1）作原系统的Bode图；

（2）分析原系统的性能，当原系统性能不满足设计要求时，则进行系统校正。

3、利用频率域方法综合系统：

（1）画出串联校正结构图，分析并选择串联校正的类型（微分、积分和微分-积分校正）；

（2）确定校正装置传递函数的参数；

（3）画出校正后的系统的Bode图，并校验系统性能；若不满足，则重新确定校正装置的参数。

4、实现校正前、后系统，并得到校正前后系统的阶跃响应。

5、由上述结果，你可以得出怎样的结论。

二、校正前系统性能分析

2.1稳态性能

（1）稳定性分析

G

G

特征方程：s

劳斯表：s3

s2

S500×60-1×12

s0

由于劳斯表第一列符号未改变且全部大于0

故该系统稳定

（2）稳态误差

已知给定斜坡输入响应，故r（t）=t，R（t）=1

则Kv=lims→0

ess=vk=1Kv=500126.7

（3）Bode图

num=[12]

den=[1605000];

w=logspace(-2,3,100);

bode(num,den,w);

gridon;

title(‘BodeDiagramofG(s)=12/[s(s+10)(s+50)]’)

2.2动态性能

Simulink仿真系统框图和单位阶跃响应曲线

仿真系统框图

未矫正单位阶跃响应效果图

三、校准装置设计

3.1控制系统类型分类

本实验采用超前校正

超前校正是利用校正装置的相位超前特性来增加系统的相位稳定裕量，利用校正装置幅频特性曲线的正斜率段来增加系统的穿越频率,从而改善系统的平稳性和快速性。为了最大限度地利用其相位超前特性来增加系统的相位稳定裕量，一般选择校正装置的最大超前相角φm。出现在系统新的穿越频率ωc处。

超前校正的特点：增益和阶次未改变，稳态精度变化不大，加快了系统的响应速度，即改善系统的瞬态性能。

3.2系统建模

3.3频域法进行校正

基于超前校正装置的传递函数为

Gcs

则校正后系统的开环传递函数为Gc(s)G(s)

令：Gos

式中，K=Kcα。调整增益K，使之满足对Kv

即:Kv=lims→0sGs=12K500=

矫正后的伯德图：

校正系统伯德图：

四、校正后系统性能分析

4.1运用matlab进行时域仿真

矫正后单位阶跃响应曲线

由放到在0.45秒左右对校正后单位阶跃响应图线

可以读出在0.45秒时输出达到1.02，开始满足?=0.02。

4.2运用matlab进行频域仿真

num=[502.53350]

den=[0.085.8