自动控制原理课程设计对水箱流量控制系统

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1、自动控制原理课程设计报告、设计目的通过对水箱流量控制系统分析，加强对水箱流量控制系统的认识，并掌握超前串联校正设计的方法。通过设计，加深自己对自动控制基本原理的理解，掌握自动控制理论基本原理及一般电学系统的自动控制方法，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的使用方法。二、课程设计题目及要求已知单位反馈水箱流量控制系统，系统的开环传递函数为5(0.15+1)(0.0015+1)要求：试用Bode图设计法对系统进行超前串联校正设计，使系统满足:(1)系统在单位斜坡信号作用下，系统的稳态误差Q0.001(2)系统校正后，系统

2、的相角裕量40°

3、0dB/dec,并且具有一定的宽度；开环频率特性的高频段采用迅速衰减的特性，以抑制不必要的高频干扰；因此，用频域法设计控制系统的实质，就是在系统屮加入频率特性形状合适的校正装置，是开环系统的频率形状变成所期望的形状。五、设计步骤:(1)根据所要求的稳态性能指标，确定系统满足稳态性能要求的开环增益K。由要求(1)：系统在单位斜坡信号作用下，系统的稳态误差0.001o我们可以得出：—<0.001S'KvK我们知道KK、=lim£G()G)H(s)=lim$'$toov7v755(0.15+1)(0.0015+1)通过以上两式求出K>1000,因此取K=1000o(2)绘制K=100

4、0值下的系统的Bode图，并求出系统的相角裕量％。如图一所厶(e)(dB)图一：未校正的对数幅频曲线CD(rad/s)待校正系统开环传递函数G°(s)=10005(0.15+1)(0.0015+1)上式是最小相位系统，只需画出其对数幅频特性，就可以求出系统的开环剪切频率纳。由公式了=180+0(©)由已知条件知，系统为单位斜坡作用，得岀H{jco^=由以上三式可求出未校正前仪

5、对应的相角裕量儿oFigure1FileEditViewInsertToolsDesktopWindowHelp口曰Pd図氈貯⑥娱謠▼屈□目1005050■00BodeDiagram3580^1522■

6、o1101010210°10XPhase(deg):-180io"1105Frequency(rad/sec)图二：未校正系统的Bode图由图二得待校正系统的开环剪切频率©]=100radIs可算出待校止系统的相角裕量为兀=180-90’-arctanO.l^]-arctan0.00169(

7、=9(T—84.3°-5.7°=0°相角裕量偏小，这是因为待校正系统的对数幅频特性中频区的斜率是-40dB/dec,系统动态特性存在严重的衰减振荡，这就需要我们对该系统加以校正。由于剪切频率远远低于指标要求，故采用串联超前校正装置。(1)确定为使相角裕量达到要求值，所需增的超前相角段。£在

8、5°和15°之间，£是考虑到校正装置影响剪切频率的位置而附加的相角裕量，未校正系统中频段的斜率为-40dB/dec,故取该值。可取£=10°,贝I」0.=40°-0°+10°=50°（4）令超前校正网络的最大超前相角段，求校正装置的参数Q。上沁=0」301+sin%（5）确定未校正系统幅值为lOlg^z的频率©。校正后系统的剪切频率仪2=©,,校正网络的对数幅值lOlga=-8.86dB可计算出未校止系统在该处的频率，也可作为校止后的系统的剪切频率02o—8.86_0=—40lg如100（6）下面计算校正网络的周期7%是右畔的几何中点，所以有aTT令由以上各式子求出com=©

9、2=66.3radIsT=—=0.0166©4=60.2aT=0.0022aT-^―=454.5rad/sGc{s)=aTs+aTs^r(7)写出校止装置的传递函数。校止装置的传递函数为0.0166s+1=ex0.0022$+1(8)为补偿超前校正网络造成的幅值衰减，附加一个放大器K*a则校正后系统的传递函数为G(s)=G0(s)Gc(s)Ke1000(0.0166$+1)5(0.15+1)(0.0015+1)(0.00225+1)传递函数如图三所示校正装置被控对象图三：校正后系统的传