自动控制原理电动车控制系统校正.doc

电动车车速控制系统校正 目 录 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： R（s） C(s) -1 R（s） C(s) -1 Wk=Kk(τ0S+1)/[s(τ1S+1)( τ2S+1)] WB=Wk/(1+ Wk Wf) 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+(τ0 Kk+1)S+ Kk = 0 S^3 4 0.5K+1 S^2 5 K S^1 1-0.3K 0 S^0 K 故开环增益 0 Kk＜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K k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^3 4 K+1 S^2 5+0.25K K S^1 (0.25K^2+1.25K+5)/(5+0.25K) S^0 K 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= -0.0097 - 0.7666i 加入微分环节 有 Wk=Kk[(τ0S+1)(aS+1)] /[S (τ1S+1)( τ2S+1)] 令a=0.5(两个零点重合)有 阻尼比最小处：K=2.8795 -p1=-1.1344 + 0.0000i -p2= -0.1478 + 0.7828i -p3=-0.1478 - 0.7828i 由此可知加入微分环节之后，系统的稳定性大大提高 2、系统特性分析 改变a的值，a=0.3 距离虚轴更近，阻尼比最小处 k =6.0557 poles = -1.2670 +