自动控制原理课程设计--晶闸管-直流电机调速系统

自动控制原理课程设计--晶闸管-直流电机调速系统

目录

第一章设计内容及要求.....................错误!未定义书签。第二章设计过程. (33)

第三章系统仿真模型的建立 (108)

第四章总结与体会························错误!未定义书签。11参考文献 ······································错误!未定义书签。2

设计任务及设计过程

（一）设计任务

晶闸管-直流电机调速系统如图所示（ksm10）

1、画出未校正系统的根轨迹图，分析系统是否稳定。

2、对系统进行串联校正，要求校正后的系统满足指标：

（1）相角稳定裕度Pm>40º, 幅值稳定裕度Gm>13。

（2）在阶跃信号作用下，系统超调量Mp<25%，调节时间Ts<0.15秒。

3、分别画出校正前，校正后和校正装置的幅频特性图。

4、给出校正装置的传递函数。

5、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图，并进行分析。

6、分别画出系统校正前、后的的根轨迹图。

7、在SIMULINK中建立系统的仿真模型，在前

向通道中分别接入饱和非线性环节和回环非线性环节，观察分析非线性环节对系统性能的影响。

8、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响（自由发挥）。

（二）设计过程

1、画出未校正系统的根轨迹图，分析系统是否稳定

num=10;den=[4.099e-007 0.0002695 0.01476 0.1925]; axis equal ; rlocus(num,den)

[k,p]=rlocfind(num,den)

-1500

-1000

-5000

500

Root Locus

Real Axis

I m a g i n a r y A x i s

Select a point in the graphics window z =

Empty matrix: 0-by-1 p =

-598.6366

-38.4242

-20.4167

k =

2.4396e+007

分析：从上图中可以看出系统无零点，有三个极点，且都在虚轴的左半平面。可以知道系统稳定。

2、对系统进行串联校正，要求校正后的系统满足指标：

（1）相角稳定裕度Pm>40º, 幅值稳定裕度Gm>13。

（2）在阶跃信号作用下，系统超调量Mp<25%，调节时间Ts<0.15秒。

从下图可以看出未校正的伯德图中可以看出；系统不满足校正要求，

输入以下函数：

n1=10;d1=[4.099e-007 0.0002695 0.01476 0.1925];sys1=tf(n1,d1);

[z,p,k]=tf2zp(n1,d1);

z1=[z -1];

p1=[-598.6366 -38.4242 -20.4167 -170]

sys=zpk(z1,p1,k);

w=logspace(-1,5);figure(1);bode(sys,w);margin(sys);

figure(2);nyquist(sys);

figure(3);rlocus(sys)

grid on;

M a g n i t u d e (d B )Bode Diagram

Gm = -0.433 dB (at 190 rad/sec) , P m = -0.825 deg (at 194 rad/sec)

Frequency (rad/sec)

10

10

10

10

10

10

10

P h a s e (d e g )

校

正后的

伯德

图

：

M a g n i t u d e (d B )10

-2

10

-1

10

10

1

10

2

10

3

10

4

10

5

P h a s e (d e g )

Bode Diagram

Gm = 13.4 dB (at 383 rad/sec) , P m = 51.5 deg (at 162 rad/sec)

Frequency (rad/sec)

从上图可以看出，校正后的伯德图中，

pm=51.5,gm=13.4,通过计算可知其系统超调量Mp=20%<25%，调节时间Ts=0.8秒<0.15秒。满足系统的要求。

3、分别画出校正前，校正后和校正装置的幅频特性图。

校正前的幅频特性：

-10

01020

30405060

Nyquist Diagram

Real Axis

I m a g i n a r y A x i s

校正后的幅频特性：

N yquist D iagram

R eal Axis

I m a g i n a r y A x i s

校正装置的幅频特

性

：

-1

-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81

Nyquist Diagram

Real Axis

I m a g i n a r y A x i s

4、给出校正装置的传递函数： G （s ）=s+1/s+170;

从第一个未校正的伯德图中可以看到系统的指标不满足要求，此时幅值裕度和相角裕度都偏小，考虑添加一个较小的零点，为-1，加上零点后，发现幅值裕度依然偏小，但是相交裕度满足了要求，这时候再加上一个极点，经过几次的尝试得到极点-170可以满足给定的幅值裕度。此时满足第一个性能指标，在经过超调量和调节时间的计算公式来计算相应的值，发现系统满足指标超调量Mp=20%<25%，调节时间Ts=0.8秒<0.15秒。

5、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图，并进行分析。