控制工程基础项目

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其闭环传递函数Bode图如下
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由图得如下数据： 截止频率wb=5.67 rad/sec 带宽0≤wBW≤wb 谐振峰值Mr=0.0177 谐振频率wr=1.41 rad/sec 剪切率=1.9 数据分析： 1、由截止频率和带宽得系统的响应较快，能滤掉高频噪声。 2、由谐振峰值Mr=1/(2ζ(1-ζ2)0.5)可得ζ=0.5,其满足0.4≤ζ≤0.7 ，所以系统的相对稳定性较好。 3、由谐振频率wr=1.41 rad/sec可得系统的响应速度较快。 4、由剪切率为1.9可得高频噪声消减的较快，系统从噪声中辨 别信号的能力较强。
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为了保证预期主导极点的主导特性，将网络零点取为s=-11.前面章节 结论可知，网络极点应为s=-62.最后再根轨迹上可以确定网络的增益值 K=8000.至此，得到了所需要的超前校正网络。校正后的上升时间为0.25s， 调节时间（2%准则）为0.60s。这些结果表明，校正后的系统具有满意的 性能功能。 确定了合适的Gc（s）之后，还需要确定合适的采样周期，并用第八章 的方法来获得D(z)。用Gc（s）校正之后，连续系统的上升时间仅为0.25s 。因此，为了得到与连续系统一致的预期响应，应该要求采样周期T＜＜ TR,,不妨取为T=0.01s。于是 由GC(S)=8000(S+11)/(s+62)可得到D(z)=C（z-A）/(z-B) 其中，A=e-11T=0.8958，B=e-62T=0.5379， C=Ka（1-B）/b(1A)=6293 至此，我们最终得到了所需要的数字控制器。可以预料，该数字控制 系统具有与连续控制系统，非常相近的响应性能。
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工作台控制系统 仿真分析
指导老师： 指导老师：姚静 小组成员： 小组成员：王娟 苏磊 曾博泰 张龙飞 李梦阳 日期： 2011-7-5 日期：
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研究目的
设计参数
对给定传递函数进行判断
传递函数的设计
系统方框图
对系统进行动静态分析
改变控制器及主要结构参数
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
心得体会
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六、对系统进行动静态分析
1、时域分析
当输入阶跃信号时，其闭环传递函数的时域分析图如下图所 示
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由图得如下数据：
延迟时间td=0.146s 上升时间tr=0.316s 峰值时间tp=0.42s 最大超调量Mp=5% 调整时间ts=0.725s ts=0.725s
数据分析：
1、由tr=0.316s和ts=0.725s可得系统具有最小上升时间和调节时间（2% 准则）。 2、由Mp=5%可得最大超调量满足题意要求，且系统相对稳定性较好。
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2、频域分析
其开环传递函数Bode图如下
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由图得如下数据： 剪切频率wc=6.52rad/sec 相位穿越频率wg=34 rad/sec 相角裕度γ=64° 幅值裕度Kg/dB=21.3dB 数据分析： 1、由γ=64°可得其相角裕度γ＞0，，所以系统稳定， 且系统灵敏度较高。 2、由Kg/dB=21.3dB可得幅值裕度Kg/dB＞0，所以系 统稳定，由于Kg/dB＞6 dB，所以系统性能较满意。 3、由N+ -N-=0，且Pr=0，由对数判据可得系统稳定。
校正网络G 校正网络 c(s) K K(s+11)/(s+26) K 700 8000 超调量 5.0 5.0 调节时间/s 调节时间 1.12 0.60 上升时间/s 上升时间 0.40 0.25
表10-2 采用不同控制器的响应性能 接下来，将控制器取为超前校正网络，于是有 Gc(s)=K(s+a)/(s+b)
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二、设计参数
x (t )
r (t )
序号 1 2
参数项
参数值
超调量
＜5%
具有最小调整时间(2%准则)和上升时间
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三、对给定传递函数进行判断
受控对象的开环传递函数为 Gp(s) = 1 / s(s +10 )(s + 20) 闭环传递函数为 G（s）= 1/（ s(s +10 )(s + 20)+1 当输入阶跃信号时，其闭环时域分析如下图
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其bode图如下 图如下 进 行 校 正 。 不 符 合 要 求 ， 数 上 时 间 函 递 传 该 显 ， 明 知 间 可 时 图 整 上 由
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四、传递函数的设计
图10-6 工作台运动控制系统结构图 设工作台控制系统的构成如图10-6所示，其中采用了功率放大器和直流电动 机作为受控对象，其传递函数为 Gp(s) = 1 / s(s +10 )(s + 20) 在此，先以连续系统为基础，设计合适的Gc（s），然后将Gc（s）转换为 D(z)。
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2、频域分析
其开环传递函数Bode图如下
当控制器增益K减小时，剪切频率wc减小，相位穿越频率wg变化不大， 相角裕度γ增大，稳定性变好，但灵敏度降低，幅值裕度Kg/dB增大。
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其闭环传递函数Bode图如下
返回 当控制器增益K减小时，截止频率wb变小，无谐振峰值。
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八、心得体会
通过控制工程课程设计,我们有很多的感触收获。 首先,对控制工程这门课程有了更深入的了解。平时的只停留在一个初 等的感性认识水平,没有真正的理解透所学的具体原理的应用问题,但在自己 做设计过程中老在问为什么,如何解决,通过这样的想法,是自己对自己所学 的理论有了深入的理解.在设计过程中,如何才能把所学的理论运用到实际中 ,这才是我们学以所获,学以致用的真正宗旨,这也是当我们从这个专业毕业 后所必需具有的能力,这也更是从学到时间的过程,才能为自己在以后的工作 中游刃有余,才能为机械工业的发展尽绵薄之力。 其次对所学的专业课产生了很大的兴趣。在做设计的过程中,发现控制 工程的很多东西渗透在我们生活的方方面面，都用到了其相关内容。这也 给了自己很大的学习范围和任务，更给了自己很大的发展空间和兴趣的培 养。 最后对团队的合作有了更深的体会。每个人不可能方方面面都会，这 就需要团队组员各自发挥自己的优点，说出各自的想法，取长补短，这样 才能从别人身上学到自己所缺的能力和品质，在现代的企业合作中，团队 合作精神是很重要的，各个产品的开发都需要很多人倾注心血，这样才能 是企业有长远的发展。 虽然这次设计已告一段落，但是学海无涯、学无止境，这是一个结尾 ，同时也只是一个开始。今后，我们会以更饱满的热情投入到今后的学习 生活中，做一个不断探索，勇于创新的大学生。
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首先，为了确定未校正系统的响应，我们将控制器取为简单的增益K,并 以K为可变参数绘制出了系统的根轨迹。从中可以看出，当K=700时，系统 主导副极点的阻尼系数为ζ=0.707。与此对应，系统的超调量可望满足设计 要求。经过仿真可知，系统的超调量为5%，而上升时间和调节时间（2% 准则）分别为0.4s和1.12s.这些值被记录于表10-2中。
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七、改变控制器及主要结构参数
改变控制器增益， 改变控制器增益，取K=4000，对其进行时域频域分析 ， 1、当输入阶跃信号时，其闭环传递函数的时域分析图如下图 所示
由图可得，系统的上升时间tr和调整时间ts明显变大，无超调无振荡，不符合题意要求。
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一、研究目的
采用Matlab软件仿真分析手段，通过本课题的完成，使学生 对工作台控制系统的相关理论进行更为深入的学习，重点掌 握以下知识点： 1) 数学模型建立方法 2) 时域、频域分析方法 3) 系统校正方法
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五、系统方框图
校正后系统开环传递函数为 Gp(s) = 8000（s+11） / s（s+62）(s +10 )(s + 20) 校正后系统闭环传递函数为 G(s) = 8000（s+11） / {8000（s+11）+ s（s+62）(s +10 )(s + 20)} 返回