直流电机pi控制器设计与性能分析

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1、课程设计题目:直流电机PI控制器设计与性能分析初始条件：一直流电机控制系统的方框图如图所示，其中Y为电机转速，为电枢电压，W为负载转矩。令电枢电压由PI控制律给出，PI表达式为：，其中e=r-y。要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）（1）写出以va和W为输入的直流电机系统微分方程；（2）试求kP和kI的值，使闭环系统的特征方程的根包括；计算系统性能指标。（3）计算在单位阶跃参考输入、单位斜坡参考输入、单位阶跃扰动输入、单位斜坡扰动输入时系统的稳态误差；（4）用Matla

2、b验证上述设计，并给出系统响应曲线,分析其跟踪性能；（5）对上述任务写出完整的课程设计说明书，说明书中必须写清楚分析的过程，附Matlab源程序或Simulink仿真模型，说明书的格式按照教务处标准书写。时间安排：任务时间（天）指导老师下达任务书，审题、查阅相关2资料分析、计算2编写程序1撰写报告2论文答辩1指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录摘要11设计意义及要求11.1设计意义11.2设计要求12设计原理32.1PI校正控制原理32.2叠加原理33PI控制器的具体设计及分析53.1写控制系

3、统微分方程53.2求Kp和KI的值及动态性能指标53.2.1求Kp和KI的值53.2.2动态性能指标63.3计算稳态误差83.3.1单位阶跃参考输入时系统稳态误差83.3.2单位斜坡参考输入时系统稳态误差83.3.3单位阶跃扰动输入时系统稳态误差93.3.4单位斜坡扰动输入时系统稳态误差93.4验证程序和图形93.4.1单位阶跃参考输入时系统响应93.4.2单位斜坡参考输入时系统响应113.4.3单位阶跃扰动输入时系统响应123.4.4单位斜坡扰动输入时系统响应134体会和总结16参考文献17摘要扰动是一个现实系

4、统无法避免的因素，扰动能够影响一个的反馈系统的正常运行，这时就必须要利用系统的闭环控制自行实现调节，使系统从新归为稳态。为了实现系统的自动控制，只有处理好扰动对系统的影响，系统才能实现所希望的功能。本设计是一个直流电机控制系统，电机转速是系统的输出信号，负载转矩是系统的扰动信号，目的是为了探讨参考输入和扰动输入分别对系统的影响。本次课程设计针对PI闭环反馈，做了原理分析，推导了整个系统的传递函数，通过给予典型信号作为输入及扰动，分析了系统的相关动态性能、稳态误差及稳定性。并用MATLAB软件验证自己的计算，从而进

5、行校正、检验。最终检验结果与数值计算一样，结果令人满意，可见掌握自动控制原理的一些基本知识的重要性。关键字：自动控制扰动PI闭环反馈MATLAB武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书1设计意义及要求1.1设计意义本设计是一个直流电机控制系统，电机转速是系统的输出信号，负载转矩是系统的扰动信号，目的是为了探讨参考输入和扰动输入分别对系统的影响，当今社会自动控制技术发展很快，而通过一学期对自动控制原理的学习，这一次的课程设计即可以很好的检验学习成果，也可以把理论知识运用到实际，为以后工作学习打下基础。1.2设计要

6、求图1-1直流电机控制系统的方框图一直流电机控制系统的方框图如图1-1所示，其中Y为电机转速，为电枢电压，W为负载转矩。令电枢电压由PI控制定律求取，PI表达式为：，其中e=r-y要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）（1）写出以va和W为输入的直流电机系统微分方程；（2）试求kP和kI的值，使闭环系统的特征方程的根包括；计算系统性能指标。4武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书（1）计算在单位阶跃参考输入、单位斜坡参考输入、单位阶跃扰动输入、单位斜坡扰动输入时系统的

7、稳态误差；（2）用Matlab验证上述设计，并给出系统响应曲线,分析其跟踪性能；（5）对上述任务写出完整的课程设计说明书，说明书中必须写清楚分析的过程，附Matlab源程序或Simulink仿真模型，说明书的格式按照教务处标准书写。4武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书2设计原理2.1PI校正控制原理比例—积分控制规律的控制器，称PI控制器，输出信号同时成比例的反应输入信号及其积分，即(1.1)式中为可调比例系数；为可调积分时间常数。在串联校正时，PI控制器相当于在系统中增加了一个位于原点的开环极点，同时也

8、增加了一个位于S左半平面的开环零点。位于原点的极点可以提高系统的型别，可以消除或减小系统的稳态误差，改善系统的稳态性能；而增加的负实数零点则用来减小系统的阻尼程度，缓和PI控制器极点对系统稳定性及动态过程产生的不利影响。只要积分时间常数足够大，PI控制器对系统稳定性的不利影响可大为减弱。在控制工程实践中，PI控制器主要用来改善控制系统的稳态性能[1]。PI控制系统不改变系