自动控制原理晶闸管直流电机调速系统.doc

目录 第一章 设计内容及要求 1 第二章 设计过程 3 第三章 系统仿真模型的建立 8 第四章 总结与体会 11 参考文献 12  设计任务及设计过程 （一）设计任务 晶闸管-直流电机调速系统如图所示 （ksm10） 1、画出未校正系统的根轨迹图，分析系统是否稳定。 2、对系统进行串联校正，要求校正后的系统满足指标： （1）相角稳定裕度Pm40o , 幅值稳定裕度Gm13。 （2）在阶跃信号作用下，系统超调量Mp25%，调节时间Ts0.15秒。 3、分别画出校正前，校正后和校正装置的幅频特性图。 4、给出校正装置的传递函数。 5、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图，并进行分析。 6、分别画出系统校正前、后的的根轨迹图。 7、在SIMULINK中建立系统的仿真模型，在前向通道中分别接入饱和非线性环节和回环非线性环节，观察分析非线性环节对系统性能的影响。 8、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响（自由发挥）。 （二）设计过程 1、画出未校正系统的根轨迹图，分析系统是否稳定 num=10;den=[4.099e-007 0. 0.01476 0.1925]; axis equal; rlocus(num,den) [k,p]=rlocfind(num,den) Select a point in the graphics window z = Empty matrix: 0-by-1 p = -598.6366 -38.4242 -20.4167 k = 2.4396e+007 分析：从上图中可以看出系统无零点，有三个极点，且都在虚轴的左半平面。可以知道系统稳定。 2、对系统进行串联校正，要求校正后的系统满足指标： （1）相角稳定裕度Pm40o , 幅值稳定裕度Gm13。 （2）在阶跃信号作用下，系统超调量Mp25%，调节时间Ts0.15秒。 从下图可以看出未校正的伯德图中可以看出；系统不满足校正要求， 输入以下函数： n1=10;d1=[4.099e-007 0. 0.01476 0.1925];sys1=tf(n1,d1); [z,p,k]=tf2zp(n1,d1); z1=[z -1]; p1=[-598.6366 -38.4242 -20.4167 -170] sys=zpk(z1,p1,k); w=logspace(-1,5);figure(1);bode(sys,w);margin(sys); figure(2);nyquist(sys); figure(3);rlocus(sys) grid on; 校正后的伯德图： 从上图可以看出，校正后的伯德图中，pm=51.5,gm=13.4,通过计算可知其系统超调量Mp=20%25%，调节时间Ts=0.8秒0.15秒。满足系统的要求。 3、分别画出校正前，校正后和校正装置的幅频特性图。 校正前的幅频特性： 校正后的幅频特性： 校正装置的幅频特性： 4、给出校正装置的传递函数： G（s）=s+1/s+170; 从第一个未校正的伯德图中可以看到系统的指标不满足要求，此时幅值裕度和相角裕度都偏小，考虑添加一个较小的零点，为-1，加上零点后，发现幅值裕度依然偏小，但是相交裕度满足了要求，这时候再加上一个极点，经过几次的尝试得到极点-170可以满足给定的幅值裕度。此时满足第一个性能指标，在经过超调量和调节时间的计算公式来计算相应的值，发现系统满足指标超调量Mp=20%25%，调节时间Ts=0.8秒0.15秒。 5、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图，并进行分析。 校正前： 校正后： 分析：由图可以看出，校正前是绕（-1，0j）1圈，即R=1，由奈氏判据得，p=0所以Z不等于0，闭环系统不稳定。校正后的奈氏曲线未绕（-1，0j）点，R=0，则Z等于0，闭环系统稳定。 分别画出系统校正前、后的的根轨迹图。 校正前： n1=10;d1=[4.099e-007 0. 0.01476 0.1925];sys1=tf(n1,d1); [z,p,k]=tf2zp(n1,d1); z1=[z -1]; p1=[-598.6366 -38.4242 -20.4167 -170] sys=zpk(z1,p1,k); w=logspace(-1,5);figure(1);bode(sys,w);margin(sys); figure(2);nyquist(sys); figure(3);rlocus(sys) grid on; 从以上的校正后的根轨迹图可以看出，系统稳定。 第三章 系统建模与仿真 7、在SIMULINK中建立系统的仿真模型，在前向通道中分别接入饱和非线性环节和回环非线性环节，观察分析非线性环节对系统性能的影