自动控制原理给水泵勺管控制系统的设计与仿真.doc

自动控制原理课程设计论文 课程名称： 自动控制原理课程设计 设计题目： 给水泵勺管控制系统的设计与仿真 院 系： 英才学院自动化 班 级： XXX 设 计 者： XXX 学 号： XXX 指导教师： 设计时间： 2014.02.20——2014.03.20 同学： XXX 自动控制原理课程设计任务书 设计题目：给水泵勺管控制系统的设计与仿真 1．已知控制系统直流电机的主要参数如下： 电机转动惯量 负载转动惯量 电机转矩灵敏度 反电势系数 电机电枢电阻 电机电枢电感 堵转电压 堵转电流 堵转转矩 空载转速 2．已知控制系统固有传递函数（或框图）如下： 带传动机构的给水泵勺管系统固有传递函数为 3．性能指标A （1）开环放大倍数 （2）剪切频率 （3）相位裕度 （4）谐振峰值 （5）超调量 （6）过渡过程时间 （7）角速度 （8）角加速度 （9）稳态误差 （10）幅值裕度不小于8dB 4．性能指标B （1）开环放大倍数 （2）剪切频率 （3）相位裕度 （4）谐振峰值 （5）超调量 （6）过渡过程时间 （7）角速度 （8）角加速度 （9）稳态误差 5．设计要求与步骤 （1）设计系统，分别满足性能指标A和B。 （2）人工设计 利用半对数坐标纸手工绘制系统校正前后及校正装置的Bode图，并确定出校正装置的传递函数。验算校正后系统是否满足性能指标要求。 （3）计算机辅助设计 利用MATLAB语言对系统进行辅助设计、仿真和调试。 （4）确定校正装置的电路形式及其参数。 （5）撰写设计报告。具体内容包括如下五个部分。 1）设计任务书 2）设计过程 人工设计过程包括计算数据、系统校正前后及校正装置的Bode图（在半对数坐标纸上）、校正装置传递函数、性能指标验算数据。 计算机辅助设计过程包括Simulink仿真框图、Bode图、阶跃响应曲线、性能指标要求的其他曲线。 3）校正装置电路图 4）设计结论 5）设计后的心得体会 1设计要求 1.1控制系统框图 已知控制系统固有传递函数（或框图）如下： 带传动机构的给水泵勺管系统固有传递函数为 1.2 性能指标要求要求为： （2） 相位裕度 （3） 幅值裕度不小于8dB 2设计过程 2.1放大环节 原传递函数进行标准化化简 得 系统在Simulink下的框图如图 其Bode图形为 可以看出当前的放大倍数 K=2 相位裕度 剪切频率 任务要求中对开环放大倍数K的要求为 开环放大倍数 易得，放大环节需要放大10倍。 即：新的传递函数为 放大后的框图为： 其Bode图为： 可以看出 当前的放大倍数 K=20 相位裕度 剪切频率 2.2总体设计方案—基于超前滞后校正方法 与相角裕度 此处 即 在的前提下解该不等式，得到 所以，原题的要求可以简化成 （1） 开环放大倍数 （2） 相位裕度 （3） 剪切频率 2.2.2放大后系统剪切频率与相角裕度 由Bode图可以看出 当前的放大倍数 K=20 相位裕度 剪切频率 相位裕度小于要求值，而剪切频率满足要求，且与临界值0.4607相距较大，使用滞后-超前校正。 2.2滞后环节设计 2.2.1滞后环节参数计算 如可知，原系统相角裕度过小，单一靠超前校正其超前相位可能过大，因此先设计滞后环节将原系统的剪切频率减小加相角裕度 如下图 试利用滞后环节将剪切频率矫正到。 形式 且由图读出 可得 由，取得到 校正环节的传递函数为： 如下