转子绕线机控制系统的滞后校正设计

合集下载

滞后超前校正控制器设计

滞后超前校正控制器设计

《计算机控制》课程设计报告题目: 滞后-超前校正控制器设计姓名: 胡志峰学号: 1002301052013年7月12日《计算机控制》课程设计任务书指导教师签字:系(教研室)主任签字:2013年7 月5 日一、实验目的完成滞后 - 超前校正控制器设计二、实验要求熟练掌握 MATLAB 设计仿真滞后-超前校正控制器、运用Protel 设计控制器硬件电路图,以及运用MCS-51单片机C 或汇编语言完成控制器软件程序编程。

三、设计任务设单位反馈系统的开环传递函数为 )160)(110()(0++=ss s K s G ,采用模拟设计法设计滞后-超前校正数字控制器,使校正后的系统满足如下指标: (1) 当t r = 时,稳态误差不大于1/126; (2) 开环系统截止频率 20≥c ω rad/s ; (3) 相位裕度o 35≥γ 。

四、 实验具体步骤4.1 相位滞后超前校正控制器的连续设计校正方案主要有串联校正、并联校正、反馈校正和前馈校正。

确定校正装置的结构和参数的方法主要有两类:分析法和综合法。

分析法是针对被校正系统的性能和给定的性能指标,首先选择合适的校正环节的结构,然后用校正方法确定校正环节的参数。

在用分析法进行串联校正时,校正环节的结构通常采用超前校正、滞后校正和滞后-超前校正这三种类型。

超前校正的作用在于提高系统的相对稳定性和响应的快速性,滞后校正的主要作用是在不影响系统暂态性能的前提下,提高低频段的增益,改善系统的稳态特性,而滞后超前校正环节则可以同时改善系统的暂态特性和稳态特性。

这种校正的实质是综合利用了滞后和超前校正的各自特点,利用其超前部分改善暂态特性,而利用滞后部分改善稳态特性,两者各司其职,相辅相成。

(1)调整开环增益 K,使其满足稳态误差不大于1/126;00lim (s)126v s K s G K →=== (1)按求得的开环增益 K=126 绘制 Bode 图4-1所示:图4-1 校正前系统Bode 图图4-2 校正前系统阶跃响应图由图可知:未校正系统的 剪切频率: 032.5/c rad s ω= 相角裕度:011.4γ=-︒ 幅值裕度: 5.120g K dB =-< 相位裕度:24.5/g rad s ω=以上计算以及仿真结果可知,系统不稳定,需要进行校正,由于0c ω附近频段内0(s)G 的对数幅频渐近线以 -40dB/dec 穿过 0dB 线,只加一个超前校正网络其相角超前量有可能不足以满足相位裕度的要求 , 可以设想如果让中频段(0c ω附近)衰减,再由超前校正发挥作用,则有可能满足指标要求,而中频段衰减正好可以用滞后校正完成。

滞后校正滞后超前校正ppt课件

滞后校正滞后超前校正ppt课件


1) R1C2 s
令:R1C1 1,R2C2 2
26
且设分母多项式分解为两个一次式,时间常数取为T1 、
T2 ,则上式可写成:
Gc
(s)

( 1 s
(T1s

1)( 2s
1)(T2 s

1) 1)
2、滞后-超前校正装置的零、极点分布
T1
式中, 1 2
1 2 T2
谐振频率ωr ; 谐振峰值 Mr ; 带宽频率ωb与闭环带宽0~ωb :
一 般 规 定 L(ω) 由 20lgA(0) 下 降 到 - 3dB 时 的 频
率,亦即A(ω)由A(0)下降到0.707A(0)时的频率叫作系
统的带宽频率。频率由0~ωb的范围称为系统的闭环带宽

5
二、频率法校正
6
低频段
R2Cs
1
=1+bTs
1 Ts
其中:b

R2 R1 R2
(b
1),T

( R1

R2 )C
21
2、滞后校正的零、极点分布
zc


1 bT
1 pc T
3、滞后校正装置的频率特性
Gc ( j )
jbT 1 jT 1
1 (b
2
T ) e j(arc tanbT arctanT )
L(ω)在开环截止频率ωc(0分贝附近)的区段。
频率特性反映闭环系统动态响应的平稳性和快速性。
时域响应的动态特性主要取决于中频段的形状。
反映中频段形状的三个参数为:开环截止频率ωc、中 频段的斜率、中频段的宽度。
为了使系统稳定,且有足够的稳定裕度,一般希望: 中频段开环对数幅频特性斜率为-20dB/dec的线段, ωc 较大,且有足够的宽度;

转子绕线机控制系统

转子绕线机控制系统

转子绕线机控制系统结构示意图转子绕线机结构图控制器c sG()设计的具体要求是[22]:1)响应的稳态误差小于10﹪,静态速度误差系数vK=10;2)系统对阶跃输入的超调量在10﹪左右;3)按 =2%要求的系统调节时间为3s左右。

为了提高系统的稳定精度,必须采用高增益,但过高的1K 对系统的稳定性和动态性能都会产生不利影响。

需要调节不同的1K 值下的系统响应。

1K =500时对应的控制器的瞬态响应如图16所示。

Step ResponseTime (sec)A m p l i t u d e0246810120.20.40.60.811.21.41.61.8System: GP eak amplitude: 1.7Overshoot (%): 69.9At time (sec): 0.607System: Gse Time (sec): 0.205System: GSettling Time (sec): 7.51System: G Final Value: 1上升时间s t r 205.0=,峰值7.1)(=p t h ,超调量%9.69%=σ,峰值时间s 607.0=p t ,调节时间s 51.7=s t ,终值1)(=∞h 。

速度误差系数c v s 0s =50limG K →()1050500501===K 速度误差()%1050050501===∞K e ss当1K 取不同值时系统的各项性能当1K =500, )(∞ss e =10%,刚好满足设计要求,但系统对阶跃输入的σ%=70%,s t =8s ,远大于设计指标值。

因此,必须采用较为复杂的校正网络。

)(∞ss e 要求,取1K =500,绘出未校正系统的伯德图10101010-150-100-5050M a g n i t u d e (d B )10-110101102103-270-225-180-135-90P h a s e (d e g )Bode DiagramGm = 15.5 dB (at 17.3 rad/sec) , P m = 59.2 deg (at 5.41 rad/sec)Frequency (rad/sec)超前校正:Step ResponseTime (sec)A m p l i t u d e00.51 1.50.20.40.60.811.21.4校正后系统的阶跃响应表明,系统引入超前校正网络后,相角裕度明显增大,动能改善较大,超调量及调节时间已能满足设计要求,但校正后系统的静态速度误差系数1800 3.55.0451025v K ⨯==⨯⨯<10使得系统斜坡响应的稳态误差高达20%,不符合设计指标要求。

9转子绕线机控制系统的串联滞后超前校正设计解析

9转子绕线机控制系统的串联滞后超前校正设计解析

在控制工程中用得最广的是电气校正装置,它不但可应用于电的控制系统,而且通过将非电量信号转换成电量信号,还可应用于非电的控制系统。

控制系统的设计问题常常可以归结为设计适当类型和适当参数值的校正装置。

校正装置可以补偿系统不可变动部分(由控制对象、执行机构和量测部件组成的部分)在特性上的缺陷,使校正后的控制系统能满足事先要求的性能指标。

常用的性能指标形式可以是时间域的指标,如上升时间、超调量、过渡过程时间等(见过渡过程),也可以是频率域的指标,如相角裕量、增益裕量(见相对稳定性)、谐振峰值、带宽(见频率响应)等。

常用的串联校正装置有超前校正、滞后校正、滞后-超前校正三种类型。

在许多情况下,它们都是由电阻、电容按不同方式连接成的一些四端网络。

各类校正装置的特性可用它们的传递函数来表示,此外也常采用频率响应的波德图来表示。

不同类型的校正装置对信号产生不同的校正作用,以满足不同要求的控制系统在改善特性上的需要。

在工业控制系统如温度控制系统、流量控制系统中,串联校正装置采用有源网络的形式,并且制成通用性的调节器,称为PID(比例-积分-微分)调节器,它的校正作用与滞后-超前校正装置类同。

摘要 (1)ABSTRACT (2)1 课程设计目的及要求 (3)1.1目的 (3)1.2要求 (3)1.3方案比较分析 (3)2 设计计算与分析 (3)2.1计算幅值与相位裕度 (4)2.2使用MATLAB软件获得系统的伯德图和相位,幅值裕度。

(4)3 确定校正网络传递函数 (6)3.1滞后超前校正设计 (6)3.2校验校正后系统是否满足要求 (6)4. 校正前后系统根轨迹的绘制 (7)4.1校正前系统根轨迹 (7)4.2校正后系统的根轨迹分析 (8)5 系统动态性能的分析 (9)5.1校正前系统的动态性能分析 (9)5.2校正后系统的动态性能分析 (10)心得体会 (13)参考文献 (14)摘要在现代科学技术的众多领域中,自动控制技术起着越来越重要的作用,而自动控制理论是自动控制科学的核心。

「转子绕线机控制系统的滞后校正设计」

「转子绕线机控制系统的滞后校正设计」

「转子绕线机控制系统的滞后校正设计」转子绕线机控制系统是一种用于电动机转子绕线的设备,通过对转子绕线过程中的参数进行控制,可以提高绕线质量和效率。

在转子绕线机控制系统中,滞后校正是一种常用的控制方法,用于对系统的误差进行校正,以使系统更加稳定和准确。

滞后校正是一种基于反馈控制的校正方法,其基本原理是通过测量系统输出与期望输出之间的差异,对系统的控制输入进行修正。

在转子绕线机控制系统中,通常采用位置传感器来测量转子位置,然后与期望位置进行比较,计算出位置误差。

通过引入滞后校正,可以根据位置误差来调整转子绕线的参数,以达到更好的绕线质量和效率。

滞后校正的设计可以分为几个步骤:首先,需要确定滞后校正的目标。

在转子绕线机控制系统中,滞后校正的目标通常是使转子绕线达到最佳质量,并且尽可能减少绕线时间和浪费。

因此,滞后校正应该针对这些目标进行设计。

其次,需要选择合适的控制算法。

在滞后校正中,通常采用比例-积分-微分(PID)控制算法来对转子绕线机控制系统进行控制。

PID控制算法可以根据位置误差的大小来调整控制输入,使系统的输出更接近期望输出。

然后,需要确定滞后校正的参数。

在PID控制算法中,有三个参数需要进行调整:比例增益、积分时间和微分时间。

比例增益用于调整控制输入与位置误差之间的关系,积分时间用于调整系统对误差的积累程度,微分时间用于调整系统对误差变化率的敏感程度。

通过调整这些参数,可以获得较好的滞后校正效果。

最后,需要进行滞后校正的实施和调试。

在实施滞后校正之前,需要对滞后校正的参数进行合理的选择,并进行调试和优化。

通过不断调整滞后校正的参数,可以使转子绕线机控制系统获得更好的控制效果。

综上所述,滞后校正是一种用于转子绕线机控制系统的常用控制方法,通过对系统误差进行校正,可以提高绕线质量和效率。

在滞后校正的设计中,需要确定校正目标、选择合适的控制算法、确定参数,并进行实施和调试。

通过合理的滞后校正设计,可以使转子绕线机控制系统达到最佳的控制效果。

温度控制系统滞后校正环节设计

温度控制系统滞后校正环节设计

1 无源滞后校正的原理1.1设计原理所谓校正,就是在系统中加入一些其参数可以根据需要而改变的机构或装置,使系统整个特性发生变化,从而满足给定的各项性能指标。

系统校正的常用方法是附加校正装置。

按校正装置在系统中的位置不同,系统校正分为串联校正、反馈校正和复合校正。

按校正装置的特性不同,又可分为PID 校正、超前校正、滞后校正和滞后-超前校正。

这里我们主要讨论串联校正。

一般来说,串联校正设计比反馈校正设计简单,也比较容易对信号进行各种必要的形式变化。

在直流控制系统中,由于传递直流电压信号,适于采用串联校正;在交流载波控制系统中,如果采用串联校正,一般应接在解调器和滤波器之后,否则由于参数变化和载频漂移,校正装置的工作稳定性很差。

串联超前校正是利用超前网络或PD 控制器进行串联校正的基本原理,是利用超前网络或PD 控制器的相角超前特性实现的,使开环系统截止频率增大,从而闭环系统带宽也增大,使响应速度加快。

1.2 无源滞后网络校正的原理无源滞后网路电路图如下。

1R图1-1无源滞后网络电路图如果信号源的内部阻抗为零,负载阻抗为无穷大,则滞后网络的传递函数为T s T s Ts Ts s U s U s G c 1111)()()(12++⋅=++==ααα分度系数时间常数在设计中力求避免最大滞后角发生在已校系统开环截止频率''c ω附近。

如图1-2所示,选择滞后网络参数时,通常使网络的交接频率Tα1远小于''c ω一般取=T α1''c ω/10图1-2校正装置的波德图当它与由于滞后校正网络具有低通滤波器的特性,因而系统的不可变部分串联相连时,会使系统开环频率特性的中频和高频段增益降低和截止频率减小,从而有可能使系统获得足够大的相位裕度,它不影响频率特性的低频段。

由此可见,滞后校正在一定的条件下,也能使系统同时满足动态和静态的要求。

1.3 设计步骤所研究的系统为最小相位单位反馈系统,则采用频域法设计串联无源滞后网络的步骤如下:C R R T R R R )(121212+=<+=α1) 根据稳态误差要求,确定开环增益K 。

转子绕线机控制系统的滞后校正设计

转子绕线机控制系统的滞后校正设计

转子绕线机控制系统的滞后校正设计1设计目的由于滞后校正网络具有低通滤波器的特性, 因而当它与系统的不可变部分串联相连时, 会使系统开环频率特性的中频和高频段增益降低和截止频率Wc减小, 从而有可能使系统获得足够大的相位裕度, 它不影响频率特性的低频段。

由此可见, 滞后校正在一定的条件下, 也能使系统同时满足动态和静态的要求。

可运用于以下场所: 1.在系统响应速度要求不高而抑制噪声电平性能要求较高的情况下, 可考虑采用串联滞后校正。

2.保持原有的已满足要求的动态性能不变, 而用以提高系统的开环增益, 减小系统的稳态误差。

2设计要求1. MATLAB作出满足初始条件的最小K值的系统伯德图, 计算系统的幅值裕度和相位裕度。

2. 前向通路中插入一相位滞后校正, 确定校正网络的传递函数。

3. 用MATLAB画出未校正和已校正系统的根轨迹。

4.用Matlab对校正前后的系统进行仿真分析, 画出阶跃响应曲线, 计算其时域性能指标。

5.课程设计说明书中要求写清楚计算分析的过程, 列出MATLAB程序和MATLAB输出。

说明书的格式按照教务处标准书写。

3设计原理利用滞后网络进行串联校正控制的基本原理, 是利用滞后网络的高频幅值衰减特性, 使已校正的系统截止频率下降, 从而使系统获得足够的相角裕度。

因此, 滞后网络的最大滞后角应力求避免发生在系统截止频率附近。

在系统响应速度要求不高而抑制噪声电平性能要求较高的情况下, 可采用串联校正。

此外, 如果待校正的系统已具备满意的动态性能, 仅稳态性能不满足指标要求, 也可采用串联滞后校正以提高系统的稳态精度, 同时保持其动态性能仍满足要求。

如果所研究的系统为单位反馈最小相位系统, 则应用频率法设计串联滞后校正网络的步骤如下:4设计分析与计算4.1最小K 值的系统频域分析已知转子绕线机控制系统的开环传递函数是: )10)(2()(++=s s s Ks G (静态误差系数115-≥s K v )所以最小的K 值为: K=300101520/)(lim -→≥==s K s sG K s v故:相位裕度: 先求穿越频率 221004300|10||2|||300)(ωωωω++=+⨯+⨯=s s s A在穿越频率处 =1,由于w 较小, 故可以近似为,1410300)(2=+=ωωωA 解得Wc ≈5rad/s穿越频率处的相角为:相角裕度为: deg幅值裕度:先求相角穿越频率:即:由三角函数关系得: 0.525.11004300)(22≈++=ggg g A ωωωω所以, 幅值裕度为:使用MATLAB 软件可直接得到系统的BODE 图和相角,幅值裕度。

浅析转子动平衡一次加准法与滞后角的选择

浅析转子动平衡一次加准法与滞后角的选择

浅析转子动平衡一次加准法与滞后角的选择作者:吴宗祥
来源:《西部大开发·中旬刊》2012年第03期
摘要:长期以来,通常是通过采取单转子平衡法与影响系统法来处理轴系不平衡问题,这些方法过程较为复杂,处理过程需启停机次数较多,已不适应目前对机组的要求。

随着机组容量的不断增大、电网安全稳定运行要求的提高,如何应用一次加准法在现场进行转子动平衡试验,已日益引起振动专业人员、现场生产管理人员和工程技术人员的关注,其中合理选择滞后角是实现动平衡试验一次加准法的关键。

本文就影响滞后角的因素进行了分析,重点对如何选择滞后角作了详细阐述,同时对加重量的选择也作了介绍,另外以实际案例进行说明,以供参考。

关键词:振动;动平衡;一次加准法;滞后角
中图分类号: TK263.61文献标识码: B 文章编号: 1009-8631(2012)03-0037-02。

转子绕线机控制系统的滞后校正设计资料

转子绕线机控制系统的滞后校正设计资料

转子绕线机控制系统的滞后校正设1. 设计目的首先,通过对转子绕线机控制系统的分析,加强对转子绕线机控制系统的 认识,并掌握滞后校正设计的方法。

其次,通过设计,培养分析问题解决问题的 能力。

此外,使用MATLAB^件进行系统仿真,从而进一步掌握 MATLA 的使用2. 设计任务及要求已知转子绕线机控制系统的开环传递函数为:要求系统的静态速度误差系数K -15s,相角裕度-5°要求完成的主要任务:(包括课程设计工作量及其技术要求,以及说明书撰写等 具体要求)① MATLAB 作出满足初始条件的最小 K 值的系统伯德图,计算系统的幅值裕度和相位裕度。

② 前向通路中插入一相位滞后校正,确定校正网络的传递函数 ③ 用MATLAB 画出未校正和已校正系统的根轨迹。

②用MATLAB 对校正前后的系统进行仿真分析,画出阶跃响应曲线,计 算其时域性能指标。

课程设计说明书中要求写清楚计算分析的过程,列出MATLAB 程序和MATLAB 输出。

3. 设计方案论证当控制系统的性能指标不能满足期望的特性指标时,需要在已选定的系统 不可变部分(包括测量元件,比较元件,放大元件及执行机构等)的基础上加入 一些装置(即校正装置),使系统能满足各项性能指标。

3.1校正前系统分析用MATLA 作出满足初始条件的最小 K 值的系统伯德图,计算系统的幅值裕G(s)二K s(s 2)( s 10)度和相位裕度。

首先,确定k 值:k - 300则可得到满足初始条件的最小 K 值: k=300那么满足初始条件的最小K 值的系统开环传递函数为:用MATLAB^件作出校正前满足初始条件的最小 k 值的系统伯德图如下MATLAB?序:k0=300;n1=1;d 仁conv(con v([1 0],[1 2]),[1 10]); [mag,phase,w]=bode(kO* n1,d1); figure(1);margi n( mag,phase,w);人=limn sG (s )=limsks(s 2)(s 10)k 20k v -15k 20G(s)=300 s(s 2)(s 10)15 ______ s(0.1s 1)(0.5s 1)图3-1 :校正前满足初始条件的最小 k 值的系统伯德图由伯德图可知系统的幅值裕度G^ -1.94dB」穿越频率W ^4-47rad S" 相角裕度P m 八4.61deg 截止频率W厂4.98rad S"3.2选择校正方案前向通路中插入一相位滞后校正,确定校正网络的传递函数。

转子绕线机控制系统的滞后校正设计

转子绕线机控制系统的滞后校正设计

课程设计题目转子绕线机控制系统的滞后校正设计学院自动化学院专业电气工程及其自动化班级电气1002班姓名周志攀指导教师刘志立2013 年01 月23 日课程设计任务书学生姓名: 周志攀 专业班级: 电气1002班 指导教师: 刘志立 工作单位: 自动化学院 题 目: 转子绕线机控制系统的滞后校正设计初始条件:已知转子绕线机控制系统的开环传递函数为:要求系统的静态速度误差系数110-≥s K v ,相位裕度 60≥γ。

要求完成的主要任务: (包括课程设计工作量及其技术要求,以及说明书撰写等具体要求)1、 用MATLAB 作出满足初始条件的最小K 值的系统的伯德图,计算系统的幅值裕度和相位裕度。

2、 前向通路中插入一相位滞后校正,确定校正网络的传递函数。

3、 用MATLAB 画出未校正和已校正系统的根轨迹。

4、 用MATLAB 对校正前后的系统进行仿真分析,画出阶跃响应曲线,计算其时域性能指标。

5、 课程设计说明书中要求写清楚计算分析的过程,列出MATLAB 程序和MATLAB 输出。

说明书的格式按照教务处标准书写。

时间安排:指导教师签名: 年 月 日系主任(或责任教师)签名: 年 月 日)15)(5()(++=s s s Ks G目录摘要 ----------------------------------------------- 4 1设计目的、要求及原理------------------------------ 51.1设计目的-------------------------------------- 51.2 设计要求------------------------------------- 51.3设计原理-------------------------------------- 5 2设计分析与计算------------------------------------ 62.1最小K值的系统频域分析------------------------ 62.2滞后校正函数计算------------------------------ 7 3用MATLAB画校正前后的轨迹------------------------ 113.1校正前的根轨迹------------------------------- 113.2校正后的根轨迹------------------------------- 12 4用Matlab对校正前后的系统进行仿真分析------------ 144.1校正前系统----------------------------------- 144.2校正后系统----------------------------------- 16 心得体会 ------------------------------------------ 18 参考文献 ------------------------------------------ 19转子绕线机控制系统的滞后校正设计摘要自动控制技术已广泛应用于制造业、农业、交通、航空及航天等众多产业部门,极大地提高了社会劳动生产率,改善了人们的劳动条件,丰富和提高了人民的生活水平。

9转子绕线机控制系统的串联滞后超前校正设计汇总

9转子绕线机控制系统的串联滞后超前校正设计汇总

绪论在控制工程中用得最广的是电气校正装置,它不但可应用于电的控制系统,而且通过将非电量信号转换成电量信号,还可应用于非电的控制系统。

控制系统的设计问题常常可以归结为设计适当类型和适当参数值的校正装置。

校正装置可以补偿系统不可变动部分(由控制对象、执行机构和量测部件组成的部分)在特性上的缺陷,使校正后的控制系统能满足事先要求的性能指标。

常用的性能指标形式可以是时间域的指标,如上升时间、超调量、过渡过程时间等(见过渡过程),也可以是频率域的指标,如相角裕量、增益裕量(见相对稳定性)、谐振峰值、带宽(见频率响应)等。

常用的串联校正装置有超前校正、滞后校正、滞后-超前校正三种类型。

在许多情况下,它们都是由电阻、电容按不同方式连接成的一些四端网络。

各类校正装置的特性可用它们的传递函数来表示,此外也常采用频率响应的波德图来表示。

不同类型的校正装置对信号产生不同的校正作用,以满足不同要求的控制系统在改善特性上的需要。

在工业控制系统如温度控制系统、流量控制系统中,串联校正装置采用有源网络的形式,并且制成通用性的调节器,称为PID (比例-积分-微分)调节器,它的校正作用与滞后-超前校正装置类同。

目录摘要 (1)ABSTRACT (2)1课程设计目的及要求 (3)1.1目的 (3)1.2要求 (3)1.3方案比较分析 (3)2设计计算与分析 (3)2.1计算幅值与相位裕度 (4)2.2使用MATLA软件获得系统的伯德图和相位,幅值裕度。

(4)3确定校正网络传递函数 (6)3.1 滞后超前校正设计 (6)3.2校验校正后系统是否满足要求 (6)4.校正前后系统根轨迹的绘制 (7)4.1校正前系统根轨迹 (7)4.2校正后系统的根轨迹分析 (8)5系统动态性能的分析 (9)5.1校正前系统的动态性能分析 (9)5.2校正后系统的动态性能分析 (10)心得体会 (13)参考文献 (14)摘要在现代科学技术的众多领域中,自动控制技术起着越来越重要的作用,而自动控制理论是自动控制科学的核心。

转子绕线机控制系统的串联滞后超前校正设计

转子绕线机控制系统的串联滞后超前校正设计

题 目: 转子绕线机控制系统的串联滞后超前校正设计 初始条件:已知转子绕线机控制系统的开环传递函数是)15)(5()(++=s s s Ks G要求系统的静态速度误差系数120v K s -≥,相角裕度ο60≥γ。

要求完成的主要任务: (包括课程设计工作量及其技术要求,以及说明书撰写等具体要求)(1) MATLAB 作出满足初始条件的最小K 值的系统伯德图,计算系统的幅值裕度和相位裕度。

(2) 前向通路中插入一滞后超前校正装置,确定校正网络的传递函数。

(3) 用MATLAB 画出未校正和已校正系统的根轨迹。

(4) 用Matlab 对校正前后的系统进行仿真分析,画出阶跃响应曲线,计算其时域性能指标。

(5) 对上述任务写出完整的课程设计说明书,说明书中必须进行原理分析,写清楚分析计算的过程及其比较分析的结果,并包含Matlab 源程序或Simulink 仿真模型,说明书的格式按照教务处标准书写。

时间安排:指导教师签名: 年 月 日 系主任(或责任教师)签名: 年 月 日目录摘要 ............................................................ 13 1 滞后-超前校正的原理 . (14)2 串联滞后-超前校正Bode图设计方法 (15)3 校正前系统分析 (16)3.1校正前系统的Bode图 (16)3.2校正前系统的根轨迹图 (17)3.3校正前系统的阶跃响应曲线 (17)4 滞后-超前校正后的传递函数确定 (19)4.1确定滞后校正网络的参数 (19)4.2确定超前校正网络的参数 (19)4.3确定校正后的传递函数 (19)4.4滞后-超前传递函数计算 (20)5 校正后系统分析 (21)5.1校正后系统的Bode图 (21)5.2校正后系统的根轨迹图绘制 (22)5.3校正后系统的阶跃响应曲线 (23)总结 (24)参考文献 (25)本科生课程设计成绩评定表......................... 错误!未定义书签。

转子绕线机控制系统

转子绕线机控制系统

转子绕线机控制系统结构示意图转子绕线机结构图控制器c sG()设计的具体要求是[22]:1)响应的稳态误差小于10﹪,静态速度误差系数vK=10;2)系统对阶跃输入的超调量在10﹪左右;3)按 =2%要求的系统调节时间为3s左右。

为了提高系统的稳定精度,必须采用高增益,但过高的1K 对系统的稳定性和动态性能都会产生不利影响。

需要调节不同的1K 值下的系统响应。

1K =500时对应的控制器的瞬态响应如图16所示。

Step ResponseTime (sec)A m p l i t u d e0246810120.20.40.60.811.21.41.61.8System: GP eak amplitude: 1.7Overshoot (%): 69.9At time (sec): 0.607System: Gse Time (sec): 0.205System: GSettling Time (sec): 7.51System: G Final Value: 1上升时间s t r 205.0=,峰值7.1)(=p t h ,超调量%9.69%=σ,峰值时间s 607.0=p t ,调节时间s 51.7=s t ,终值1)(=∞h 。

速度误差系数c v s 0s =50limG K →()1050500501===K 速度误差()%1050050501===∞K e ss当1K 取不同值时系统的各项性能当1K =500, )(∞ss e =10%,刚好满足设计要求,但系统对阶跃输入的σ%=70%,s t =8s ,远大于设计指标值。

因此,必须采用较为复杂的校正网络。

)(∞ss e 要求,取1K =500,绘出未校正系统的伯德图10101010-150-100-5050M a g n i t u d e (d B )10-110101102103-270-225-180-135-90P h a s e (d e g )Bode DiagramGm = 15.5 dB (at 17.3 rad/sec) , P m = 59.2 deg (at 5.41 rad/sec)Frequency (rad/sec)超前校正:Step ResponseTime (sec)A m p l i t u d e00.51 1.50.20.40.60.811.21.4校正后系统的阶跃响应表明,系统引入超前校正网络后,相角裕度明显增大,动能改善较大,超调量及调节时间已能满足设计要求,但校正后系统的静态速度误差系数1800 3.55.0451025v K ⨯==⨯⨯<10使得系统斜坡响应的稳态误差高达20%,不符合设计指标要求。

转子绕线机控制系统的滞后校正设计

转子绕线机控制系统的滞后校正设计

课程设计课程设计任务书学生姓名:化学院题目: 转子绕线机控制系统的滞后校正设计初始条件:已知转子绕线机控制系统的开环传递函数为:要求系统的静态速度误差系数151-≥s K v ,相位裕度 56≥γ。

要求完成的主要任务: (包括课程设计工作量及其技术要求,以及说明书撰写等具体要求)1、 用MATLAB 作出满足初始条件的最小K 值的系统的伯德图,计算系统的幅值裕度和相位裕度。

2、 前向通路中插入一相位滞后校正,确定校正网络的传递函数。

3、 用MATLAB 画出未校正和已校正系统的根轨迹。

4、 用MATLAB 对校正前后的系统进行仿真分析,画出阶跃响应曲线,计算其时域性能指标。

5、 课程设计说明书中要求写清楚计算分析的过程,列出MATLAB 程序和MATLAB 输出。

说明书的格式按照教务处标准书写。

时间安排:指导教师签名: 年 月 日系主任(或责任教师)签名: 年 月 日)01)(1()(++=s s s Ks G目录摘要 ----------------------------------------------- 1 1设计目的、要求及原理------------------------------ 21.1设计目的-------------------------------------- 21.2 设计要求------------------------------------- 21.3设计原理-------------------------------------- 2 2设计分析与计算------------------------------------ 32.1最小K值的系统频域分析------------------------ 32.2滞后校正函数计算------------------------------ 4 3用MATLAB画校正前后的轨迹------------------------- 83.1校正前的根轨迹-------------------------------- 83.2校正后的根轨迹-------------------------------- 9 4用Matlab对校正前后的系统进行仿真分析------------ 114.1校正前系统----------------------------------- 114.2校正后系统----------------------------------- 13 心得体会 ------------------------------------------ 15 参考文献 ------------------------------------------ 16摘要自动控制技术已广泛应用于制造业、农业、交通、航空及航天等众多产业部门,极大地提高了社会劳动生产率,改善了人们的劳动条件,丰富和提高了人民的生活水平。

转子绕线机控制系统的串联滞后超前校正设计自控课设报告

转子绕线机控制系统的串联滞后超前校正设计自控课设报告

课程设计任务书学生姓名: 专业班级:指导教师: 刘志立 工作单位: 自动化学院 题 目: 转子绕线机控制系统的串联滞后-超前校正设计 初始条件:已知转子绕线机控制系统的开环传递函数:)10)(5()(++=s s s K s G 要求系统的静态速度误差系数115-≥s K v , 60≥γ。

要求完成的主要任务: (包括课程设计工作量及其技术要求,以及说明书撰写等具体要求)1、 M ATLAB 作出满足初始条件的最小K 值的系统伯德图,计算系统的幅值裕度和相位裕度。

2、 前向通路中插入一滞后超前校正装置,确定校正网络的传递函数。

3、 用Matlab 画出未校正和已校正系统的根轨迹。

4、 用Matlab 对校正前后的系统进行仿真分析,画出阶跃响应曲线,计算其时域性能指标。

5、 课程设计说明书中要求写清楚计算分析的过程,列出MATLAB 程序和MATLAB 输出。

说明书的格式按照教务处标准书写。

时间安排:指导教师签名: 年 月 日系主任(或责任教师)签名: 年 月目录摘要 (1)1初始条件 (2)2设计任务 (2)3设计原理 (2)4设计分析与计算 (2)4.1最小K值的系统频域分析 (2)4.2滞后—超前校正网络的确定 (4)4.3根轨迹的绘制 (5)4.4系统仿真 (7)心得体会 (10)参考文献 (11)摘要MATLAB是矩阵实验室的简称,是一个在数值计算方面首屈一指的数学类科技应用软件。

利用MATLAB对自动控制系统进行分析求解十分简便。

本次课程设计是利用滞后-超前校正网络来校正系统以改善系统性能,首先应该根据原有系统和初始条件要求来确定校正系统,然后利用MATLAB分析校正后的系统是否达到要求以及其性能。

关键词:MATLAB 滞后—超前校正系统分析转子绕线机控制系统的串联滞后-超前校正设计1初始条件已知转子绕线机控制系统的开环传递函数:)10)(5()(++=s s s K s G 要求系统的静态速度误差系数115-≥s K v , 60≥γ。

全自动双飞叉嵌线式转子绕线机控制系统的设计与开发

全自动双飞叉嵌线式转子绕线机控制系统的设计与开发
绕制。 软 件 界 面 :整 机 电源 接 通 后 , 显示 主 页 ,之 后 显 示 如
图 2所 示 画 面 。
表 1 P C的 IO 端 口 地 址 L /
图 3 主 程 序 流 程 图
输入端 口
紧 急停 止 按钮 X O
输出端 口
左 飞 叉 电 磁 阀 Y1
操作者放好工件按下启动按钮系统初始化参数输入输出及显示故障检测报警及处理人工复位处理程序张力控制程序各参数运算及处理绕线主程序飞叉定位夹具合拢转子定位转子分度处理嵌线飞叉绕线整个转子是否完毕嵌最后一次线是否停止工作结束
维普资讯
工 业



i
全 自动双飞叉嵌线式转子绕线机控制系统的设计与开发 镌
I 编 I I 动 l 手 I 辑 自 l 动 l J l 参 修 数改 运 监 I 动 线 行 控 I 点绕
N \ —

P C动作 L
4绕 线 机 控 制 系 统 软 件 设 计
绕 线 机 控 制 系 统 软 件 有 三 种 工 作 状 态 :编 辑 状 态 、手 动 状 态 和 自动 状 态 。在 编 辑 状 态 下 ,进 行参 数 输 入 、读 出
_ 邋
赖兴余
( 1 广 东科 学技 术 职 业 学 院 机 电 工 程 学 院


, ,


自动 双 飞 叉 嵌 线 式 转 子 绕 线 机 工 艺 流 程 和 技 术 指 标 的 基 础 上
和 触摸屏 相结 合 的控 制模 式
PLC

广 东广 州

方 少强


鄢春 艳


5 10 6 4 0

转子绕线机控系统的滞后校正设计

转子绕线机控系统的滞后校正设计

自动控制技术是生产过程中的关键环节,也是许多高新技术产品的核心技术。

自动控制技术广泛应用于制造业、农业、交通、航空及航天等众多产业部门,极大的提高了社会劳动生产率,改善了人们的劳动条件,丰富和提高了人民的生活水平研究分析系统有时域分析法和频率法。

时域分析是通过求解系统的微分方程来研究和分析系统,而频率法可以直观的分析系统的稳定性。

在此次课程设计中需要对系统进行频域分析,通过引入滞后校正,利用滞后校正的高频衰减的特性,降低截止频率,提高相位裕度,不影响频率特性的低频段。

由此可见,滞后校正在一定的条件下,也能使系统同时满足动态和静态的要求。

可运用于以下场所:1.在系统响应速度要求不高而抑制噪声电平性能要求较高的情况下,可考虑采用串联滞后校正。

2.保持原有的已满足要求的动态性能不变,而用以提高系统的开环增益,减小系统的稳态误差。

MATLAB是矩阵实验室(Matrix Laboratory)的简称,是美国MathWorks公司出品的商业数学软件,用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境,主要包括MATLAB和Simulink两大部分。

MATLAB在自动控制理论诸多数据分析研究、数学模型的运算、数据的分析、模拟实验等过程中有着广泛的应用。

怎样确定控制系统的性能指标是控.制系统的分析问题,怎样使自动控制系统的性能指标满足设计要求是控制系统的设计与改造问题。

用MATLAB辅助计算可以大大节省时间,方便系统设计。

前言 (1)任务书 (3)1、利用MATLAB进行系统的频域分析1.1绘制满足初始条件最小K值的bode图 (4)1.2相位裕度和截止频率 (5)2、相位滞后校正网络传递函数 (7)3、用MATLAB画根轨迹3.1校正前系统根轨迹 (7)3.2校正后系统根轨迹 (9)4、检验校正结果 (10)体会与收获 (12)课程设计任务书题 目: 转子绕线机控制系统的滞后校正设计。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

课程设计任务书学生姓名: 专业班级:指导教师: 谭 工作单位: 自动化学院题 目: 转子绕线机控制系统的滞后校正设计。

初始条件:已知转子绕线机控制系统的开环传递函数:)10)(5()(++=s s s K s G 要求系统的静态速度误差系数110-=s K v , 60≥γ。

要求完成的主要任务: (包括课程设计工作量及其技术要求,以及说明书撰写等具体要求)1、MATLAB 作出满足初始条件的最小K 值的系统伯德图,计算系统的幅值裕度和相位裕度。

2、前向通路中插入一相位滞后校正,确定校正网络的传递函数。

3、用MATLAB 画出未校正和已校正系统的根轨迹。

4、课程设计说明书中要求写清楚计算分析的过程,列出MATLAB 程序和MATLAB输出。

说明书的格式按照教务处标准书写。

时间安排:1、课程设计任务书的布置,讲解 (半天)2、根据任务书的要求进行设计构思。

(半天)3、熟悉MATLAB 中的相关工具(一天)4、系统设计与仿真分析。

(三天)5、撰写说明书。

(二天)6、课程设计答辩(半天)指导教师签名: 年 月 日系主任(或责任教师)签名: 年 月 日引言 (1)1 设计目的与要求 (2)1.1设计目的 (2)1.2设计要求 (2)1.3 设计原理 (2)2 设计计算与分析 (4)2.1 相位裕度与幅值裕度的计算 (4)所以,幅值裕度为:)(52.3)(log20dBALgg=-=ω (4)使用MATLAB软件获得系统的伯德图和相位,幅值裕度程序的代码如下: (4)2.2滞后校正函数的计算 (5)3 用MATLAB绘制校正前后系统的根轨迹 (8)3.1校正前系统根轨迹 (8)3.2 校正后系统根轨迹 (8)4用MATLAB对校正前后的系统进行仿真分析 (9)4.1校正前系统 (9)4.2校正后系统 (11)5总结 (12)转子绕线机控制系统的滞后校正设计引言在现代科学技术的众多领域中,自动控制技术起着越来越重要的作用,而自动控制理论是自动控制科学的核心。

自动控制理论的任务是研究自动控制系统中变量的运动规律和改变这种运动规律的可能性和途径,为建造高性能的自动控制系统提供必要的理论手段。

自动控制理论的形成远比人类对自动控制装置的应用为晚,它产生于人们对自动控制技术的长期探索和大量实践,它的发展得到了其他学科,如数学、力学和物理学的推动,近期更受到电子计算机科学和技术的促进。

在已知一个自动控制系统的结构形式及其全部参数的基础上,研究其稳定性条件,以及在典型输入信号的作用下,系统的稳定、瞬态性能与系统结构、参数与输入信号之间的关系问题,称为系统分析问题。

在实际工程中,往往提出另外一个问题,即根据希望的稳态、瞬态性能指标,研究如何建立满足性能要求的控制系统,这称为系统设计问题。

在控制理论课程中,控制系统的设计问题主要是指校正装置的设计。

本次课程设计是利用滞后校正网络来校正系统以改善系统性能,首先根据原有系统和初始条件要求来确定校正系统,然后利用MATLAB软件分析校正后的系统是否达到设计要求及其性能。

关键字:自动控制系统设计MATLAB 滞后校正系统分析1 设计目的与要求1.1设计目的滞后校正网络具有低通滤波的特性,当它与系统的不可变部分串联相连时,会使系统开环频率特性的中频和高频段增益降低、截止频率Wc 减小,从而有可能使系统获得足够大的相位裕度,它不影响频率特性的低频段。

滞后校正在一定的条件下,也能使系统同时满足动态和静态的要求。

本课程设计通过增加一个滞后校正装置,确定适当的参数来改善系统性能。

1.2设计要求用MATLAB 软件完成相应的设计与模拟,并且要求系统的静态速度误差系数110-=s K v , 60≥γ。

1.3 设计原理1.3.1校正装置控制系统校正方法是通过引入附加装置使控制系统的性能得到改善的方法。

控制系统校正方法是经典控制理论的一个主要组成部分。

通常讨论仅限于单输入、单输出的线性定常控制系统。

控制系统中所引入的附加装置称为校正装置。

按校正装置在控制系统中的连接方式,校正方式可分为串联校正和并联校正。

常用的串联校正装置有超前校正、滞后校正、滞后-超前校正三种类型。

超前校正的基本原理就是利用超前相角补偿系统的滞后相角,改善系统的动态性能,如增加相角裕度,提高系统稳定性能等。

但是串联超前校正给系统中频段增加理论上不超过90,实际上一般不超过65的相角,提高系统的稳定裕度,但降低了抗干扰性能(高频)。

滞后校正的基本原理是利用滞后网络的高频幅值衰减特性使系统截止频率下降,从而使系统获得足够的相角裕度。

串联滞后校正降低系统的截止频率,提高系统的相角裕度,但降低了快速性(带宽减小降低快速性)。

在系统响应速度要求不高而抑制噪声电平性能要求较高的情况下,可以考虑采用串联滞后校正。

此外,如果待校正系统已具备满意的动态性能,仅稳态性能不能满足指标要求,也可以采用串联滞后校正以提高系统的稳态精度,同时保持其动态性能仍然满足性能指标要求。

1.3.2轨迹法设计校正装置当性能指标以时间域量值(超调量、上升时间、过渡过程时间等)给出时,采用根轨迹法进行设计一般较为有效。

设计时,先根据性能指标,在s的复数平面上,确定出闭环主导极点对的位置。

随后,画出未加校正时系统的根轨迹图,用它来确定只调整系统增益值能否产生闭环主导极点对。

如果这样做达不到目的,就需要引入适当的校正装置。

校正装置的类型和参数,根据根轨迹在闭环主导极点对附近的形态进行选取和计算确定。

一旦校正装置决定后,就可画出校正后系统的根轨迹图,以确定除主导极点对以外的其他闭环极点。

当其他闭环极点对系统过渡过程性能只产生很小影响时,可认为设计已完成,否则还须修正设计。

)10)(5()(++=s s s K s G )10)(5(500)(++=s s s s G 2210025500)(ωωωω++=A 2 设计计算与分析2.1 相位裕度与幅值裕度的计算已知转子绕线机控制系统的开环传递函数为:静态误差系数110-=s K v 。

因为 11050/)(0lim -≥=→=s K s sG s v k 所以最小的K 值:K=500 ,故传递函数为:2.1.1相位裕度穿越频率: 在穿越频率处)(ωA =1解得c w =5.72rad/s穿越频率处的相角为:169-1.02.090)(11=---=--c c c tg tg ωωωϕ相角裕度为:11.4168.6-180)(180==+=c ωϕγdeg2.2.2幅值裕度先求相角穿越频率1801.02.090)(11-=---=--g g g tg tg ωωωϕ即:901.02.011=+--g g tg tg ωω解得: 7.07=g ω rad/s所以: 667.010025500)(22≈++=g g g g A ωωωω所以,幅值裕度为:)(52.3)(log 20dB A L g g =-=ω使用MATLAB 软件获得系统的伯德图和相位,幅值裕度程序的代码如下: n=500d=[1,15,50,0]g1=tf(n,d)[mag,phase,w]=bode(g1)运行后,可得校正前系统伯德图,如图2-1所示图2-1 校正前系统伯德图由图2-1可知,Gm=3.52dB (at7.07rad/s ) ,Pm=11.4deg ,与理论计算结果相同。

2.2滞后校正函数的计算求滞后校正的网络函数可以按设计原理所讲述的方法进行求解,但过程比较麻烦,这里介绍使用MATLAB 进行编程求解的方法,操作简单,可快速得到结果。

由于按设计要求幅值裕度 60≥γ,所以令相角裕度γ=60+5,即取γ=65°设滞后校正器的传递函数为:校正前的开环传递函数为:用MATLAB 编写滞后校正的程序代码如下: k0=500;n1=1;d1=conv(conv([1 0],[1 5]),[1 10]);Go=tf(k0*n1,d1);11)(++=Ts bTs s G c )10)(5(500)(++=s s s s G[mag,phase,w]=bode(Go);Mag=20*log10(mag);Pm=60;Pm1=Pm+5;Qm=Pm1*pi/180;b=(1-sin(Qm))/(1+sin(Qm));Lcdb=-20*log10(b);wc=spline(Mag,w,Lcdb);T=10/(wc*b);Tz=b*T;Gc=tf([Tz 1],[T 1])图2-2 滞后校正求解图即得到结果为: 14.416147.22)(++=s s s G c使用MATLAB检验是否符合要求,程序代码为:K=500;n1=1;d1=conv(conv([1 0],[1 5]),[1 10]);s1=tf(K*n1,d1);n2=[22.47 1];d2=[416.4 1];s2=tf(n2,d2);sys=s1*s2;[mag,phase,w]=bode(sys);margin(sys)图2-3 校正后系统BODE图MATLAB仿真结果为:Gm=28.8dB ,Pm=76.3deg , 符合设计要求。

3 用MATLAB 绘制校正前后系统的根轨迹3.1校正前系统根轨迹校正前的开环传递函数为: )10)(5(500)(++=s s s s G 用MATLAB 绘制校正前系统根轨迹,程序如下所示: num=500den=conv(conv([1,0],[1,5]),[1,10])rlocus(num,den)title得到图4-1所示校正前根轨迹图4-1 校正前系统根轨迹3.2 校正后系统根轨迹系统校正后的开环传递函数为:)14.416)(10)(5()147.22(500)(++++=s s s s s s G用MATLAB 绘制校正后系统根轨迹,程序如下所示:num=500*[22.47,1]den=conv(conv([1,10],[416.4,1]),[1,5,0]) rlocus(num,den) title得到如图4-2所示图4-2 校正后根轨迹4用MATLAB 对校正前后的系统进行仿真分析4.1校正前系统系统未校正前的开环传递函数为:)10)(5(500)(++=s s s s G单位负反馈闭环传递函数为:5005015500)()()(23+++==Φs s s s R s C s使用MATLAB求校正前系统单位阶跃响应的性能指标代码如下:num=500den=[1,15,50,500]t=0:0.01:15step(num,den,t)[y,x,t]=step(num,den,t)maxy=max(y)yss=y(length(t))pos=100*(maxy-yss)/yssfor i=1:1001if y(i)==maxyn=i;endendtp=(n-1)*0.01y1=1.05*yssy2=0.95*yssi=1001while i>0i=i-1if y(i)>=y1|y(i)<=y2;m=i;breakendendts=(m-1)*0.01title('step response')Grid运行后校正前单位阶跃响应曲线图如图4-1所示:图4-1 校正前单位阶跃响应曲线图4.2校正后系统系统校正后的开环传递函数为: )14.416)(10)(5()147.22(500)(++++=s s s s s s G单位负反馈闭环传递函数为:500112852083562474.416)147.22(500)()()(234+++++==Φs s s s s s R s C s 使用MATLAB 求校正后系统单位阶跃响应的性能指标代,代码如下: num=500*[22.47,1]den=[416.4,6247,20835,11285,500] s1=tf(K*n1,d1); Lsys=tf(num,den); [y,t,x]=step(Lsys); plot(t,y)然后使用MATLAB 中的LTI Viewer 工具,在MATLAB 提示符后,输入ltiview ,即可启动该图形软件。

相关文档
最新文档