2022年自动控制原理课程设计方案多容水箱水位控制系统设计方案 .pdf

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1、1 / 10 一、引言自动控制原理课程是自动化类专业的核心课程，它涉及到控制系统的分析设计参数的整定等多种问题，包括古典控制理论, 现代控制理论等。作为电气工程及其自动化专业的学生，学好这门课程，对以后的工作或是进一步的深造都有很大的帮助。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。自动控制是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置，使机器，设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。二、设计课题多容水箱水位控制系统设计设单位反馈的多容水箱水位控制系统，其系统的开环传递函数为：错误 ！ 未 指 定 书 签 。，用频域设计滞后 超前校正装置，使校正后系统

2、满足以下指标：单位斜坡信号作用下速度误差系数。校正后相位裕量，时域性能指标：超调量30，调整时间；。三、课程设计的目的及要求通过课程设计，在掌握自动控制理论基本原理、一般电学系统自动控制方法的基础上，用MATLAB 实现系统的仿真与调试。要求根据所学控制理论知识 频率法或根轨迹法）进行人工设计校正装置，初步设计出校正装置传递函数形式及参数。要求在MATLAB下，用simulink进行状态仿真，在计算机上对人工设计系统进行仿真调精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 10 页2 / 10 试，使其满足技术要求；确定校正装置的电路形

3、式及电路参数；完成设计报告。四、设计过程及步骤（1）设计思想在分析设计时，应用频域法设计滞后超前校正装置，其中超前校正部分可以提高系统的相角裕量，同时使频带变宽，改善系统的动态特性；滞后校正部分则主要用来提高系统的稳态特性。频率法设计校正装置主要是通过对数频率特性 设计过程根据单位斜坡信号作用下速度误差系数可以求得，所以系统的开环传递函数为：绘制值下的系统的 Bode图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 10 页3 / 10 MATLAB 程序为： num=10。 f1=1,0 。f2=1,1。f3=0.25,1。 den=

4、conv (f1,conv(f2,f3。 bode(num,den 1.由公式计算得未校正系统的剪切频率，系统未校正时的相角裕量求得幅值裕量为 +8dB 得未校正时系统的频率为2，校正装置在此频率产生一个-8dB的增益，由以上条件及，可解得校正装置的参数选取所以精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 10 页4 / 10 从图上可得，即超前部分第二个转折频率选取，得超前部分传递函数为2.为了补偿超前校正部分带来的幅值衰减，可串入一放大器，放大倍数；与超前部分同理可以求得滞后部分的第二个转折频率为并选取=10，则滞后部分的第一个转

5、折频率为故滞后部分的传递函数为3.综合以上内容可得滞后 超前校正装置的传递函数为由此可作出校正后的 Bode图如下所示：MATLAB 程序为： f1=2,1 。f2=5,1。 num=conv(f1,f2。 f3=0.2,1。f4=50,1。 den=conv(f3,f4。 bode(num,den精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 10 页5 / 10 则校正后的系统的Bode图如下所示 : MATLAB 程序为： f1=5,1 。f2=2,1。num=10*conv(f1,f2 。 f3=1,0 。f4=1,1。f5=0

6、.25,1。f6=0.2,1。f7=5,10。 den=conv(f3,conv(f4,conv(f5,conv(f6,f7 。 bode(num,den精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 10 页6 / 10 校验校正后系统的相角裕量为，4. 时域性能指标的要求：对超调量和调节时间要转换到开环频率域的性能指标因为由最大超调量=而=2.6475 4.1266s 验证校正后的系统是否满足设计的要求%G0(s Unit-Ramp Response% num1=10 。 den1=0.25,1.25,1,10,0,0。 t=0:0

7、.1:20。 y1,z1,t=step(num1,den1,t。 plot(t,y1,-。 grid 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 10 页8 / 10 2 系统校正后在单位斜坡信号作用下的响应曲线: MATLAB程序为： %Gc(sG0(s Unit-Ramp Response % num2=conv(2.,1,5,1 。 den2=conv(1,0,conv(1,0,conv(1,1,conv(0.25,1,conv(0.2,1,50,1 。 t=0:0.1:20。 y2,z2,t=step(num2,den2,t

8、。 plot(t,y2,-。 grid 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 10 页9 / 10 由以上两图比较可得，校正后系统的稳定性变好，单位斜波信号响应曲线缓慢上升，平滑过渡，达到了预期的校正目的六、校正电路的电路形式及电路参数滞后超前校正装置的传递函数为又因为由对应关系可求得：= = = = 则滞后 超前的电路图如下精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 10 页10 / 10 七、总结及心得体会对不稳定系统进行设计调整使其达到稳定状态必须综合考虑系统

9、稳定性，稳态精度和动态过程的相互制约和平衡关系，根据具体工作环境有所侧重，努力达到最佳设计效果，满足工业环境中对自动控制装置的性能要求。经过将近一周的收集整理材料，终于完成了这个课程设计，期间虽然遇到了许多困难，但得到了诸多同学的帮助，在这里要向他们道一声谢谢。课程设计是实践课的一种，在很大程度上实现了动手与动脑。通过此次自动控制原理课程设计，使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。但在设计过中程因为能力有限，许多细节问题可能还没有提到，我也知道要真正的掌握好还需要今后更多的学习，所以在今后我会继续努力的！九、参考文献1. 自动控制元件及线路，梅晓榕主编，哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2001 2. 自 动 控 制 原 理 ， 李 友 善 编 著 ， 北 京 ： 国 防 工 业 出 版 社 ， 1981 3. 自动控制原理，张希周编著，重庆大学出版社，1996 4. 自动控制原理第二版，谢克明主编，电子工业出版社，2008 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 10 页