控制工程基础项目ppt课件.ppt

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1、工作台控制系统仿真分析1研究目的1设计参数2对给定传递函数进行判断3传递函数的设计4系统方框图5对系统进行动静态分析6改变控制器及主要结构参数7心得体会82一、研究目的采用Matlab软件仿真分析手段，通过本课题的完成，使学生对工作台控制系统的相关理论进行更为深入的学习，重点掌握以下知识点：1)数学模型建立方法2)时域、频域分析方法3)系统校正方法返回3二、设计参数序号参数项参数值1超调量＜5%2具有最小调整时间(2%准则)和上升时间返回4三、对给定传递函数进行判断受控对象的开环传递函数为Gp(s)=1/s(s+10)(s+20)闭环传递函数为G（s）=1/（s(s+10)(s+20)+1

2、当输入阶跃信号时，其闭环时域分析如下图5由上图可知，该传递函数上升时间最小调整时间明显不符合要求，因此需加控制器进行校正。其bode图如下返回6四、传递函数的设计图10-6工作台运动控制系统结构图设工作台控制系统的构成如图10-6所示，其中采用了功率放大器和直流电动机作为受控对象，其传递函数为Gp(s)=1/s(s+10)(s+20)在此，先以连续系统为基础，设计合适的Gc（s），然后将Gc（s）转换为D(z)。7首先，为了确定未校正系统的响应，我们将控制器取为简单的增益K,并以K为可变参数绘制出了系统的根轨迹。从中可以看出，当K=700时，系统主导副极点的阻尼系数为ζ=0.707。与此对

3、应，系统的超调量可望满足设计要求。经过仿真可知，系统的超调量为5%，而上升时间和调节时间（2%准则）分别为0.4s和1.12s.这些值被记录于表10-2中。校正网络Gc(s)K超调量调节时间/s上升时间/sK7005.01.120.40K(s+11)/(s+26)80005.00.600.25表10-2采用不同控制器的响应性能接下来，将控制器取为超前校正网络，于是有Gc(s)=K(s+a)/(s+b)8为了保证预期主导极点的主导特性，将网络零点取为s=-11.前面章节结论可知，网络极点应为s=-62.最后再根轨迹上可以确定网络的增益值K=8000.至此，得到了所需要的超前校正网络。校正后的

4、上升时间为0.25s，调节时间（2%准则）为0.60s。这些结果表明，校正后的系统具有满意的性能功能。确定了合适的Gc（s）之后，还需要确定合适的采样周期，并用第八章的方法来获得D(z)。用Gc（s）校正之后，连续系统的上升时间仅为0.25s。因此，为了得到与连续系统一致的预期响应，应该要求采样周期T＜＜TR,,不妨取为T=0.01s。于是由GC(S)=8000(S+11)/(s+62)可得到D(z)=C（z-A）/(z-B)其中，A=e-11T=0.8958，B=e-62T=0.5379，C=Ka（1-B）/b(1-A)=6293至此，我们最终得到了所需要的数字控制器。可以预料，该数字控

5、制系统具有与连续控制系统，非常相近的响应性能。返回9五、系统方框图校正后系统开环传递函数为Gp(s)=8000（s+11）/s（s+62）(s+10)(s+20)校正后系统闭环传递函数为G(s)=8000（s+11）/{8000（s+11）+s（s+62）(s+10)(s+20)}返回10六、对系统进行动静态分析1、时域分析当输入阶跃信号时，其闭环传递函数的时域分析图如下图所示11由图得如下数据：延迟时间td=0.146s上升时间tr=0.316s峰值时间tp=0.42s最大超调量Mp=5%调整时间ts=0.725s数据分析：1、由tr=0.316s和ts=0.725s可得系统具有最小上升

6、时间和调节时间（2%准则）。2、由Mp=5%可得最大超调量满足题意要求，且系统相对稳定性较好。122、频域分析其开环传递函数Bode图如下13由图得如下数据：剪切频率wc=6.52rad/sec相位穿越频率wg=34rad/sec相角裕度γ=64°幅值裕度Kg/dB=21.3dB数据分析：1、由γ=64°可得其相角裕度γ＞0，，所以系统稳定，且系统灵敏度较高。2、由Kg/dB=21.3dB可得幅值裕度Kg/dB＞0，所以系统稳定，由于Kg/dB＞6dB，所以系统性能较满意。3、由N+-N-=0，且Pr=0，由对数判据可得系统稳定。14其闭环传递函数Bode图如下15由图得如下数据：截止频率

7、wb=5.67rad/sec带宽0≤wBW≤wb谐振峰值Mr=0.0177谐振频率wr=1.41rad/sec剪切率=1.9数据分析：1、由截止频率和带宽得系统的响应较快，能滤掉高频噪声。2、由谐振峰值Mr=1/(2ζ(1-ζ2)0.5)可得ζ=0.5,其满足0.4≤ζ≤0.7，所以系统的相对稳定性较好。3、由谐振频率wr=1.41rad/sec可得系统的响应速度较快。4、由剪切率为1.9可得高频噪声消减的较快，系统从噪