转子绕线机控制系统的滞后校正设计
新型全自动转子绕线机设计
新型全自动转子绕线机设计发布时间：2022-10-13T05:38:00.556Z 来源：《科学与技术》2022年6月11期作者：徐冠军[导读] 绕线机作为电机制造过程的关键设备，随着装备制造业的快速发展，对绕线机提出了更高的要求，全自动转子绕线机实现了绕线生产的自动化徐冠军江门市屹成智能装备有限公司摘要：绕线机作为电机制造过程的关键设备，随着装备制造业的快速发展，对绕线机提出了更高的要求，全自动转子绕线机实现了绕线生产的自动化，极大了改善了手动绕线与半自动绕线的技术缺陷，生产效率、产能与产品质量得到了很大的提高，因此，本文对全自动转子绕线机开展了研究，本文设计的新型全自动转子绕线机体积小，工作效率高，产量大，产品质量稳定，安全性能良好。
关键词：绕线机全自动效率高前言近些年来，随着电器、通信、汽车、电子等行业的发展，微电机制造行业的发展速度较快，电机生产设备是我国装备制造的重要研究方向。
绕线机作为电机制造过程的关键设备，据统计，2021年，绕线机全球销量达9.4亿美元，预计2028年将达到18亿美元，市场需求广阔。
目前，绕线机行业以日本与意大利占据了大部分是市场份额，且技术远领先于国内，随着下游应用行业的需求拉动，同时随着人工成本的压力，急需开发出高效的转子绕线机。
1.绕线机的发展历程20世纪90年代，随着制造业进入快速发展阶段，促使了绕线机的应用。
绕线机由手动绕线、半自动绕线，发展成全自动绕线，手动绕线是指工人必须手动排线，同时还需计算绕线的电阻，手动绕线效率低，质量参差不齐。
半自动绕线机仍由一根人工扁缆组成，增加了技术装置，可以实现自动记录绕线技术，在一定程度上半自动生产使工人的工作量得到了减轻，加工效率有一定的提高，但仍然受限于工人的经验与操作的熟练程度。
全自动绕线机的出现，实现了绕线生产的自动化，极大改善了手动绕线与半自动绕线的技术缺陷，生产效率、产能与产品质量得到了很大的提高，为下游制造业降低了生产成本。
自动控制课程设计题目
题目一转子绕线机控制系统设转子绕线机控制系统对应的结构图如图所示，绕线机用直流电机来缠绕铜线，能快速准确地绕线，并使线圈连贯坚固。
采用自动绕线机后，操作人员只需从事插入空的转子、按下启动按钮和取下绕好线的转子等简单操作。
设计控制器满足如下条件：(sG)c1.系统对斜坡输入响应的稳态误差小于10%，静态速度误差系数Kv=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。
要求：1.分析设计要求，说明控制器的设计思路；2.详细设计；3.用MATLAB编程输出仿真结果及图形。
题目二海底隧道钻机控制系统连接法国和英国的英吉利海峡海底隧道于1987年12月开工建设，1990年11月，从两个国家分头开钻的隧道首次对接成功。
隧道长37.82km，位于海底面以下61m. 隧道于1992年完工，共耗资14亿美元，每天能通过50辆列车，从伦敦到巴黎的火车行车时间缩短为3h.钻机在推进过程中，为了保证必要的隧道对接精度，施工中使用了一个激光导引系统，以保持钻机的直线方向。
钻机控制系统如图所示。
图中C（s）为钻机向前的实际角度，R（s）为预期角度，N(s)为负载对机器的影响。
该系统设计目的是选择增益K，使系统对输入角度的响应满足工程要求，并且使扰动引起的稳态误差较小。
要求：1.分析设计要求，说明控制器的设计思路；2.详细设计；3.用MATLAB编程输出仿真结果及图形。
题目三哈勃太空望远镜指向控制哈勃太空望远镜于1990年4月14日发射至离地球611km的太空轨道，它的发射与应用将空间技术发展推向了一个新的高度。
望远镜的2.4m镜头拥有所有镜头中最光滑的表面，其指向系统能在644km以外将视野聚集在一枚硬币上。
望远镜的偏差在1993年12月的一次太空任务中得到了大范围的校正。
哈勃太空望远镜指向系统模型经简化后的结构图如图所示设计目标是选择放大器增益Ka和具有增益调节的测速反馈系数K1，使指向系统满足如下性能：1.在阶跃指令r(t)作用下，系统输出的超调量小于或等于10%.2.在斜坡输入作用下，稳态误差较小。
转子绕线机控制系统的校正设计仿真
南京工程学院课程设计任务书课程名称自动控制原理B院（系、部、中心）电力工程学院专业班级姓名学号起止日期指导教师自动控制系统课程设计题目：转子绕线机控制系统的校正设计仿真摘要：利用MATLAB 软件的Simulink 仿真平台,对转子绕线机控制系统进行数学建模和系统仿真,并结合Bode 图进行分析研究,肯定调节系统的控制器参数,从而取得理想的设计结果.通过对其进行仿真研究,验证了设计的可行性。
关键词：绕线机; 超前校正 ;极点配置 ;MatlabCalibration of rotor winding machine control system design and simulation Abstract ：Use of MATLAB software Simulink simulation platform, the rotor winding machine control system mathematical modeling and simulation, and combining the Bode chart analysis, the controller parameters of control system, to obtain ideal result of the design. Through carries on the simulation study, verify the feasibility of the design.Key words: winding machine; Advanced correction; Pole assignment; MATLAB.0、引言转子绕线机，顾名思义绕线机是把线状的物体缠绕到特定的工件上的机械。
原电动工具行业常常利用手动绕线设备效率低、精度差，不能适应电动工具行业生产规模化进展的需要。
本设计是通过改良电动机转子线圈的绕制方式完成设计一种转子绕线机，旨在提高 电枢制造的自动化程度，减轻绕线劳动强度，提高电枢的整体质量，实现绕线槽满率高，绕线圈数精准，降低废品率，同时兼顾操作者的方便性。
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；
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。
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。
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。
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。
G603 转子绕线机
G603 转子绕线机控制系统设转子绕线机控制系统如图1 (a)所示，图1 (b)为相应的结构图，绕线机用直流电机来缠绕铜线，能快速准确地绕线，并使线圈连贯坚固。
采用自动绕线机后，操作人员只需从事插入空的转子，按下启动按钮盒取下绕好线的转子等简单操作。
图1 转子绕线机控制器设计的具体要求是：)(s G c 1） 系统对斜坡输入响应的稳态误差小于10%，静态速度误差系数10=v K ；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。
解：由图1 (b)可见，系统为I 型系统，在单位斜坡输入作用下，稳态误差vK 1)(=∞ss e 式中 50)(K lim 0v S G c s →=)(S G c 为待设计的控制器（校正网络）。
首先考虑采用简单的增益放大器，1)(K S G c =，则系统的速度误差1K 50)(=∞ss e 可见为了提高系统的稳态精度，必须采用高增益，但过高的对系统的稳定性和动态性能都会产生不利的影响。
图2给出了不同值下的系统响应，可看出，当时，系统的，1K 1K 5001=K 10=v K %01)(=∞ss e ，刚好满足设计要求，但系统对阶跃输入的%70%=σ，，远大于设计指标值。
因此必须采用较为复杂的校正网络。
8s =s t图2 简单增益器的瞬态响应由于超前校正网络能改善系统的动态响应性能，因此常时选用如下超前校正网络：)1()1()()()(11T s aT s K p s z s K s G c ++=++=，且aT z 1=，Tp 1=，故az p =p z <式中，。
系统校正后的开环传递函数为 ))(10)(5()()(1p s s s s z s K s G ++++=根据主导极点思想，可将校正后的系统等价为二阶系统。
由%σ及要求，可近似求出系统的阻尼比s t ζ及要求的相角裕度γ。
由性能指标要求值：、无阻比自然频率n ω%10%100%21/==--ζπζσe %)2(34.4=∆==s t n s ζω59.0=ζ，49.2=n ω，再由公式 解得242412arctanζζζγ-+= 求出。
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
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。
自动控制原理课程设计
指导教师评定成绩：审定成绩：自动控制原理课程设计任务书设计题目：转子绕线机控制系统的校正设计仿真学院自动化专业电气工程与自动化姓名周密学号2012212660指导教师李鹏华2014年 11 月 4 日目录1、设计题目 (2)1.1课程设计应达到的目的 (2)1.2课程设计题目及要求 (2)1.3课程设计任务 (3)2、设计报告正文 (4)2.1 设计步骤 (4)2.1.1 工作原理及总体设计 (4)2.1.2 开环系统 (4)2.1.3 各环节的放大级数及其时间常数 (6)2.1.4 系统扰动分析 (7)2.1.5 比较开环时和闭环时的动态响应。
(7)2.1.6 采用某种校正方式实现系统的稳定控制 (10)2.1.7 建议和意见 (17)3、设计总结 (19)4、参考文献 (20)5、附录 (21)1、设计题目题目：转子绕线机控制系统的校正设计仿真 1.1课程设计应达到的目的1、通过控制系统闭环仿真熟悉课程设计的基本流程；2、掌握控制系统的数学建模；3、掌握控制系统性能的根轨迹分析或时域特性分析；4、掌握频率法校正或根轨迹法校正；5、能够根据性能指标，设计控制系统，并完成相应实验验证系统的设计和实验操作；6、学会用MATLAB 进行基本仿真。
1.2课程设计题目及要求（一）设计题目转子绕线机控制系统的开环传递函数:)10)(5()(++=s s s Ks G要求达到性能指标：系统的静态速度误差系数115-≥s K v ， 60≥γ。
（二）设计要求1．分析系统的工作原理，进行系统总体设计。
2．构成开环系统，并分析器动态响应。
3．测出各环节的放大倍数及其时间常数。
4．对系统进行扰动分析。
5．比较开环时和闭环时的动态响应。
6. 采用某种校正方式实现系统的稳定控制。
7．对本课程设计提出新设想和新建议。
1.3课程设计任务（1）复习有关教材、到图书馆查找有关资料，了解控制对象的工作原理。
（2）总体方案的构思根据设计的要求和条件进行认真分析与研究，找出关键问题。
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
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
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引言
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自动 剪 线 等 工 序
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在 触 摸屏 上 动态 显 示 工 作过
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
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本 文 在 绕线 机 结构上 吸 收 国外 先 进产 品 的
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全自动双飞叉嵌线式转子绕线机控制系统的设计与开发
图 ２所 示 画 面 。
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图 ３ 主 程 序 流 程 图
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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。
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课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位：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:)15)(5()(++=s s s Ks G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:任务时间（天）审题、查阅相关资料2 分析、计算3 编写程序 2 撰写报告 2 论文答辩1指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日目录1.设计目的 (2)2.设计任务及要求 (2)3.设计方案论证 (2)3.1校正前系统分析 (4)3. 2选择校正方案 (4)4.校正前后性能比较 (6)4.1校正前后系统的根轨迹比较 (6)4.2系统校正前后的仿真分析 (8)5.设计小结 (11)6.心得体会 (12)参考文献 (13)转子绕线机控制系统滞后校正设计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 软件进行系统仿真，从而进一步掌握MATLAB 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:)15)(5()(++=s s s Ks G要求系统的静态速度误差系数110-≥s K v ，相角裕度 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。
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。
首先，确定最小K值：k=k/75v则可得到满足初始条件的最小K值：K=750那么满足初始条件的最小K值的系统开环传递函数为：G(s）=750/用MATLAB软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程序：k0=300;n1=1;d1=conv(conv([1 0],[1 5]),[1 15]);[mag,phase,w]=bode(k0*n1,d1);figure(1);margin(mag,phase,w);图3-1 校正前满足初始条件的最小K值的系统伯德图3.2选择校正方案 由伯德图可知系统的幅值裕度 h=2.0000dB穿越频率 w g =8.6603相角裕度 =18.2874deg截止频率 w c =5.9646也可以通过计算得到，计算过程如下： 由 A(w)=|G (jw )|=1得到 w c =w =5.9646;)15/(arg 2.090)(w tg w arctg w --︒-=ϕ()180g w ϕ=-o得到w g =8.6603；)(180c w ϕγ+︒= )15/(arg 2.090180c c w tg w arctg --︒-︒==18.2874o可见由作图法和计算法得到的结果一样。
说明未校正系统不稳定，且截止频率大于要求值，在这种情况下， 采用串联超前校正是无效的，用滞后校正。
确定校正后系统的增益剪切频率"c w 。
在此频率上，开环传递函数的相角裕度应等于要求的相角裕度再加上（5o -10o ）——补偿滞后校正网络本身在"c w 处的相位滞后。
现要求校正后系统的相角裕度︒≥60γ，所以 ︒=︒+︒=∆66660γ ，其中补偿角度取︒=6ξ在伯德图上可找得，在"c w =1.611附近的相位角等于-114o （即相角裕度为66o ），故取此频率为校正后系统的剪切频率。
即"c w =1.611确定原系统频率特性在"c w w =处幅值下降到0dB 时所需的衰减量)(c w L '''。
利用 0)(lg 20='+''ωcL b ，解得 b=0.170为了使滞后校正装置产生的相位滞后对校正后系统的增益剪切频k 率w ''处的影响足够小，应满足，一般取bTc 1)105(-=''ω。
利用ω''=C bT1.01,得到bT=5.905,T=34.741。
现在可以确定校正装置的传递函数s ss c 741.341905.51)(G ++=验算指标（相角裕度）()[]︒-=-≈⎪⎭⎫ ⎝⎛"7447.411.0c b arctg ωϕ︒=⎪⎭⎫ ⎝⎛"+⎪⎭⎫ ⎝⎛"=''2553.61ωωϕγγc c 系统满足要求图3-2 校正后系统伯德图4.校正前后性能比较4.1校正前后系统的根轨迹比较用MATLAB软件画出未校正和已校正系统的根轨迹。
MATLAB程序如下：num=10;den=conv(conv([1,0],[0.2,1]),[1/15,1]);G=tf(num,den);figure(1);rlocus(G);xlabel('t');ylabel('y');den1=conv([1,34.741],den);num1=[num*5.905,num];G1=tf(num1,den1);figure(2);rlocus(G1);xlabel('t');ylabel('y');未校正的系统的根轨迹如图4-1：图4-1 未校正的系统的根轨迹已校正系统的根轨迹如图4-2：图4-2 已校正系统的根轨迹4.2系统校正前后的仿真分析用MATLAB软件画出未校正和已校正系统的阶跃响应曲线。
未校正前系统阶跃响应曲线的MATLAB程序如下：num=10;den=conv(conv([1,0],[0.2,1]),[1/15,1]);t=0:0.001:5;G=tf(num,den);sys=feedback(G,1);figure(1);grid;step(sys,t);未校正前系统的阶跃响应曲线如图4-3：图4-3 未校正系统的阶跃响应曲线已校正系统阶跃响应曲线的MATLAB程序如下：k=10;num=[k*5.905,k];den0=conv(conv([1,0],[0.2,1]),[1/15,1]);den=conv(den0,[34.741,1]);t=0:0.001:50;G1=tf(num,den);sys=feedback(G1,1);step(sys,t);grid;已校正系统的阶跃响应曲线如图4-4：图4-4 已校正系统的阶跃响应曲线由MATLAB程序可以计算出系统的时域性能指标校正前的计算程序如下：num=10;den=conv(conv([1,0],[0.2,1]),[1/15,1]);t=0:0.001:50;G=tf(num,den);sys=feedback(G,1);y=step(sys,t);r=1;while y(r)<1.00001;r=r+1;end;Tr=(r-1)*0.001[ymax,p]=max(y);Tp=(p-1)*0.001Mp=ymax-1s=50000;while y(s)>0.98&y(s)<1.02;s=s-1;end;Ts=(s-1)*0.001得到的结果：Tr=0.3260 , Tp=0.5500 , Mp=0.5950 , Ts=4.1070 校正后的计算程序如下：k=10;num=[k*5.905,k];den0=conv(conv([1,0],[0.2,1]),[1/15,1]);den=conv(den0,[34.741,1]);t=0:0.001:50;G1=tf(num,den);sys=feedback(G1,1);y=step(sys,t);r=1;while y(r)<1.00001;r=r+1;end;Tr=(r-1)*0.001[ymax,p]=max(y);Tp=(p-1)*0.001Mp=ymax-1s=50000;while y(s)>0.98&y(s)<1.02;s=s-1;end;Ts=(s-1)*0.001得到的结果：Tr=1.1480 , Tp=1.7690 , Mp=0.1071 , Ts=9.08105.设计小结由上分析可知：在滞后校正中我们利用的是滞后校正网络在高频段的衰减特性，而不是其相位的滞后特性。
对系统进行滞后校正后改善了系统的稳定性能。
滞后校正网络实质上是一个低通滤波器，对低频信号有较高的增益，从而减小了系统的稳态误差。
同时由于滞后校正在高频段的衰减作用，使增益剪切频率移到较低的频率上，保证了系统的稳定性。
6. 心得体会课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现、提出、分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程，随着科学技术发展的日新月异，自动化控制已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域，在生活中可以说是无处不在。
回顾起此次课程设计，我感慨良多，在这两个星期里，虽然有些累，但我学到了很多东西，巩固了以前所学的书本知识，更了解打了许多书本以外的知识。
通过本次设计，我了解了自动控制原理中校正系统的基本概念及其对系统设计的相关应用，通过对初步知识的了解，对校正系统各种方案的比较，进一步了解了校正系统的合理性和实用性。
什么样的课程设计都离不开理论与实际相结合的真理，设计过程中的方案选择和参数设定使我进一步深刻认识到自控原理中校正环节对整个系统的重要作用。