华科电气MATLAB大作业

华科电气MATLAB大作业

————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：

华中科技大学电气与电子工程学院

《MATLAB课程作业》

班级

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姓名

时间2014年12月25日

目录

一．概述 (2)

二．设计要求 (2)

三．设计分析 (2)

1.系统的稳态误差理论分析

(3)

2.系统稳态误差仿真分析

(3)

3.阶跃响应仿真分析

(4)

四．根轨迹法设计相位滞后环节 (9)

1.相位滞后环节设计

(9)

2.加入相位滞后环节的仿真分析

(10)

五．超前校正设计 (11)

1．超前校正器设计 (11)

2．超前校正仿真分析 (13)

六．滞后校正设计 (17)

1．滞后校正器设计 (17)

2．仿真分析 (18)

七．总结 (20)

参考文献 (21)

反馈控制系统设计—铣床控制系统设计

一．概述

铣床是指主要用铣刀在工件上加工各种表面的机床。通常铣刀旋转运动为主运动，工件和铣刀的移动为进给运动。它可以加工平面、沟槽，也可以加工各种曲面、齿轮等。铣床是用铣刀对工件进行铣削加工的机床。铣床除能铣削平面、沟槽、轮齿、螺纹和花键轴外，还能加工比较复杂的型面，效率较刨床高，在机械制造和修理部门得到广泛应用。

铣床的自动控制系统的设计直接影响到加工的精度，影响产品的工艺。所以，本文通过利用MATLAB 和Simulink 对铣床的控制系统做一个校正设计，使其具有相应的性能。

二．设计要求

1、单位斜坡输入2

1()R s s

作用下 ，速度误差不大于1

8；

2、阶跃输入时的超调量小于20%。

三．设计分析

用Visio 画出一个简化的铣床闭环控制系统的方框图如图二所示。

Contoller

Gc(s)

Plant G(s)

+

-

+

+

++

D(s)

N(s)

R （s ）

Desired depth-of-cut

Y （s ）

Actual depth-of-cut

图1. 简单的铣床闭环控制系统

图1中，D(s)为外部扰动，N(s)为测量噪声干扰。铣床的传递函数为：

2

()(1)(5)

G s s s s =

++

首先，在没有控制器()C G s 的情况下，看看系统的输出结果。

1. 系统的稳态误差理论分析

系统的稳态误差为：

()1

()()()()()()1()1()

G s E s R s Y s R s R s R s G s G s =-=-

=++

式中，2()(1)(5)G s s s s =

++，21

()R s s

=。利用终值定理，系统斜坡响应的稳态误差为：

220

01

1(1)(5)15lim ()lim ()lim lim 2

(1)(5)22

1(1)(5)

ss t s s s s s s e e t sE s s

s s s s s s s s s →∞

→→→++=====++++

++ 显然速度误差52远大于1

8

，误差太大，不满足要求。

2. 系统稳态误差仿真分析

用Simulink 画出校正前的斜坡输入仿真图如图2所示。

图2. 校正前的Simulink 斜坡输入仿真

设输入斜坡为()r t t =，利用Simulink 仿真，在同一示波器中记录了输入()r t 和输出()y t 的波形图。

为方便观察，把示波器中的曲线用MATLAB 命令画出如图3所示。 其中，画图代码如下：

curve=plot(ry(:,1),ry(:,2),'-g',ry(:,1),ry(:,3),'-r') set(curve(1),'linewidth',2) %设置曲线r(t)的粗细为2 set(curve(2),'linewidth',2) %设置曲线y(t)的粗细为

2

legend('y(t)','r(t)') %设置曲线名称人r(t),y(t) xlabel('仿真时间（s ）') %X 坐标轴名称标注 ylabel('幅值') %Y 轴坐标轴标注 title('稳态误差') %所画图的名称 grid on %添加网格 axis([0 25 0 25]); %坐标范围控制 set(gca,'xtick',[0 1 2 ...25]); set(gca,'ytick',[0 1 2 ...25]);

图3. 校正前斜坡输入仿真结果

图3中红色为斜坡输入()r t t ，绿色为输出()y t ，为方便观察系统的稳态误差，把坐标控制在[0,25]区间，可以看出，在25S 时，已经基本达到稳态，此时的误差可从图中得到约为2.5左右，可见与理论相符。

3. 阶跃响应仿真分析

5

10152025

05

10

1520

25

仿真时间（s ）

幅值

稳态误差

y(t)r(t)