自动供水控制系统校正装置设计论文

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1、设计题目：自动供水控制系统校正装置设计已知某自动供水控制系统不可变部分传递函数为:,要求系统满足以下性能指标：超调量，,,系统带宽不大于0~5rad/s。用根轨迹设计法确定由近似PI控制器实现的串联滞后校正参数设计目的   通过课程设计，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。设计要求  收集和查阅有关技术资料，独立完成所承担的设计课题的全部内容，初步掌握设计原则、设计方法、设计步骤和设计规范的应用；对工程设计方案进行选择和分析；绘制设计图；

2、撰写说明书。具体要求如下：1.根据所学的控制理论知识（频率法、根轨迹法等）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；2.在MATLAB下，用SINULIN进行动态仿真，在计算机上对人工设计系统进行仿真调试，使其满足技术要求；3.确定校正装置的电路形式及电路参数（选作）；4.完成设计报告。 本课程设计以设计报告的形式提交，要求论点清楚，论据充分，结构合理；分析问题有层次。包括设计思想，设计过程，图（曲线），总结和数字仿真。设计思想：根据传递函数画出系统原来的根轨迹，初步了解系统的性

3、能。然后根据题目校正数据，比如超调量，调整时间，带宽等计算系统希望的闭环主导极点。进一步计算系统校正装置的极点和零点，进而求取校正后的根轨迹，验证其是否满足所给的各项性能指标。最后运用MATLAB进行系统仿真，进行人工测试，使其满足系统要求。设计步骤： (1)未校正系统的根轨迹：系统的开环极点有四个，分别为：P1=0，P2=-4，P3=-10，P4=-201.系统有四条根轨迹，分别起始于0，-4，-10，-20，均终止与无穷远处；2.根轨迹关于实轴对称，且连续变化；3.根轨迹在实轴上的区段为：（-

4、20，-10），（-4,0）；4.根轨迹的渐近线：与实轴的交点为：，渐近线倾斜角为：；5.根轨迹的分离点会合点：得：，均为根轨迹的分离点；6.根轨迹与虚轴的交点：；即；令实部虚部都等于零，即且得：或。由以上步骤可得系统未校正前的根轨迹：手绘图：利用MATLAB软件绘制根轨迹：在MATLAB窗口输入以下程序：>>num=[1];>>den=[1343208000];>>rlocus(num,den)(2)根据要求的动态响应指标，确定希望的闭环主导极点；M％=exp(-)×100％=20％得rad/s

5、确定希望的闭环主导极点：。(2)确定系统带宽：闭环截止频率，将rad/s代入得，rad/s，符合题目要求，在0~5rad/s范围内，故满足题意。（4）确定满足性能指标而应增大的误差系数值：由幅值条件，确定原系统在希望极点上的增益,.(5)由应增大的误差系数值确定校正装置值：取。(6)过作射线，使其与线的的夹角小于，此线与负实轴交与0.1处，即为校正装置零点的坐标，再由值求出校正装置的极点，则滞后校正装置为:(7)校正后系统开环传递函数:在MATLAB环境下，输入以下程序，即得校正后系统的根轨迹，校

6、正后系统根轨迹：>>num=[10.1];>>den=[134.01320.34803.280];>>rlocus(num,den)将图部分放大得一下二图：新的闭环主导极点在阻尼比不变的前提下，由校正后的根轨迹求得在该点开环增益为放大器增益=K×10=1465.校正后系统的静态速度误差系数==1.83(9)校正后系统各项性能指标：系统阻尼比=0.5，系统无阻尼自然振荡频率=2.5rad/s，略小于原来的2.51rad/s，意味着调整时间稍有变化，速度误差系数也满足要求。若在这允许范围内，设计是合理

7、的，否则应重新选校正装置的零点，极点。Simulink仿真与调试在Simulink环境下运行仿真之后校正装置，分别进行校正前后的单位阶跃响应曲线。在MATLAB环境下先输入校正装置前的，即系统原来的单位阶跃响应;在MATLAB环境下输入校正后的单位阶跃的程序，对比校正的曲线，确定其校正装置是否较好。首先在MATLAB环境下，建立仿真模型。系统未校正前为为四阶，选择正确的积分环节和正确的惯性环节，并画出正确的连接图。系统校正后为五阶，有一个积分环节，四个惯性环节，并且有零点，所以应正确的修改参数和增

8、益。建立模型图之后，利用scope动态仿真，通过超调量，调整时间等数据来确定校正效果，分析校正结果。根据校正装置的传递函数，在MATLAB环境下做出传递函数仿真模型图，利用scope仿真，其结果如上图所示。前者是装置未校正前的，后者是装置校正后的。对比二图，可看出装置调整时间变短，且更加稳定。校正装置的电路形式RC网络构成的滞后校正装置，其传递函数为其RC滞后网络为：令则，得方程组:取,得确定其参数后，得其详细滞后网络为：设计总结在本次的设计中我通过计算及的值，更加深刻地了解了其内