【正文】 課 程 設(shè) 計(jì) 題 目 太陽(yáng)觀測(cè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 院 自 動(dòng) 化 專 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí) 電氣 1205 姓 名 劉爽 指導(dǎo)教師 熊和金、李浩 20xx 年 1 月 16 日 武漢理工大學(xué)《自動(dòng)控制原理》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) I 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 學(xué)生姓名： 劉爽 專業(yè)班級(jí)： 電氣 1205班 指導(dǎo)教師： 熊和金、李浩 工作單位： 自動(dòng)化學(xué)院 題 目 : 太陽(yáng)觀測(cè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 初始條件： 太陽(yáng)觀測(cè)控制系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為： )30( 0002)( ?? ss KsG p 要求完成的主要任務(wù) : （包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求，以及說(shuō)明書(shū)撰寫(xiě)等具體要求） 1．分別用時(shí)域和頻域方法設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的控制器。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)在工具、理論和算法上取得了巨大的進(jìn)步，以前難于設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)現(xiàn)在可用新方法和新策略較容易地得到結(jié)果。 關(guān)鍵詞 ： 太陽(yáng)觀測(cè)控制系統(tǒng) 時(shí)域分析 頻域分析 Matlab仿真 武漢理工大學(xué)《自動(dòng)控制原理》課程設(shè)計(jì) 1 太陽(yáng)觀測(cè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 以 時(shí)域方法設(shè)計(jì)系統(tǒng)的控制器 根據(jù)設(shè)計(jì)要求 ， 若 將 系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 為 最基本的 單位負(fù)反饋的 二階系統(tǒng)。顯然二階系統(tǒng)的響應(yīng)取決于 ? 、 n? 兩個(gè)參數(shù)，令式 (4)等于零，得二階系統(tǒng)特征方程為： 0s2 2nn2 ??? ???s （ 5） 系統(tǒng)的閉環(huán)極點(diǎn)即特征方程式的根為： n2n21 1s ???? ??、 （ 6） 從式 (6)可以看出，當(dāng)阻尼比 0?? ，二階系統(tǒng)的兩個(gè)閉環(huán)極點(diǎn)為正實(shí)數(shù)或一對(duì)具有正實(shí)武漢理工大學(xué)《自動(dòng)控制原理》課程設(shè)計(jì) 2 數(shù)部的共軛復(fù)數(shù)，位于右半 S平面；當(dāng)阻尼比 0?? ，二階系統(tǒng)的兩個(gè)閉環(huán)極點(diǎn)為負(fù)實(shí)數(shù)或一對(duì)具有負(fù)實(shí)部的共軛復(fù)數(shù)，位于左半 S平面。設(shè)誤差帶為 ? ，包絡(luò)線進(jìn)入誤差帶的時(shí)間即可認(rèn)為是調(diào)節(jié)時(shí)間設(shè)誤差帶為 st ，則可得到： )1ln (1 2??? ????nst （ 18） 對(duì)于 ?? 或者 ?? ，常采用以下公式計(jì)算調(diào)節(jié)時(shí)間： %5, ??nst ?? （ 19） %2, ??nst ?? （ 20） 本次設(shè)計(jì)采取誤差為 ?? 進(jìn)行設(shè)計(jì)，所以調(diào)節(jié)時(shí)間用含有 K 的式子表示為： ssKKt s 0 0 0/152 0 0 0 ????? 按照最基本的單位負(fù)反饋二階系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制器， 不能滿足設(shè)計(jì)的要求，所以需要加入控制環(huán)節(jié)來(lái)增大系統(tǒng)的阻尼比 ? ，以達(dá)到控制調(diào)節(jié)的時(shí)間的目的。 但是 采用比例 微分控制后系統(tǒng)為有零點(diǎn)的二階系統(tǒng) 。 當(dāng)輸入 單位 階躍信號(hào) 時(shí)，系統(tǒng)的靜態(tài)誤差為 )()(limK0sp sHsG??，得到 ??pK ，所以穩(wěn)態(tài)誤差 01 1ess ??? pK。所以此時(shí)超調(diào)量應(yīng)為 %100% 21 ?? ?? dde ???? 欠阻尼二階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)為： 10),s i n(1 11)(h d2 ?????? ? ???? ?? tet dtn 上升時(shí)間是指 )(ht 第一次上升到穩(wěn)態(tài)值所需要的時(shí)間。 采用串聯(lián)超前校正時(shí)，串聯(lián)超前校正的傳遞函數(shù)為 TsaTssGc ??? 11)( 超前網(wǎng)絡(luò)對(duì)頻率在 至 之間的輸入信號(hào)有明顯的微分作用，在該頻率范圍內(nèi)，輸出信號(hào)相角比輸入信號(hào)相角超前，在最大超前角頻率 處，具有最大超前角 ，且正好處于頻率 和 的幾何中心。所以有 ???????? ? 因?yàn)? aT/1 T/1m? m? m?aT/1 T/1???? TaTc a r c t a na r c t a n)( ???aTm 1??11arc s in ??? aam?? c?? ?5武漢理工大學(xué)《自動(dòng)控制原理》課程設(shè)計(jì) 9 ， 由此 可求得 in1 s in1 ????mma ?? 設(shè) 為校正后的截止頻率，則有 ， 即 239。 ?? ，可計(jì)算相角裕度為 ?? ? 。 kv=dcgain(sG) kv1= ess1=1/kv1 ess1= 可見(jiàn) 系統(tǒng) 在未校正之前，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為 %。 Matlab 沒(méi)有直接求系統(tǒng)斜坡響應(yīng)的功能函數(shù)。 首先 用 MATLAB分別 建立 校正前 與校正后 的 simulink模型如圖 31和圖 32所示 ： 武漢理工大學(xué)《自動(dòng)控制原理》課程設(shè)計(jì) 11 圖 31 系統(tǒng)校正前的 simulink 模型 圖 32 系統(tǒng)校正 后 的 simulink 模型 首先用 MATLAB繪制未校正時(shí)系統(tǒng)的 單位 階躍 響應(yīng)曲線， 如圖 31所示， 代碼如下： num=[20xx]。 g=tf(num,den)。 g=tf(num,den)。 回顧起此次自動(dòng)控制課程設(shè)計(jì)，至今我仍感慨頗多，從審題到完成，從理論到實(shí)踐，在整整兩星期的日子里，熬了好多夜，經(jīng)歷了煩躁到平靜，但是學(xué)到很多很多的的東西，不僅鞏固了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書(shū)本上所沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí)，不僅是專業(yè)知識(shí)，更學(xué)會(huì)熟練的使用 MATLAB這個(gè)非常實(shí)用的數(shù)學(xué)軟件，它幫我解決了許多問(wèn)題，但是它的編程也是一個(gè)讓人頭疼的問(wèn)題，最終我還是攻克了這個(gè)難關(guān)。用頻域地方法設(shè)計(jì)太陽(yáng)觀測(cè)控制系統(tǒng)時(shí)，通過(guò)改變?cè)到y(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益可以使該系統(tǒng)在單位斜坡輸入下產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)誤差滿足要求，但不能增大系統(tǒng)的相角裕量，無(wú)法滿足系統(tǒng)在頻域下的設(shè)計(jì)要求。 這次課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多 MATLAB 編程問(wèn)題，通過(guò)和同學(xué)的討論和參閱資料書(shū)，問(wèn)題終于得以解決。 通過(guò)這次自動(dòng)控制課程設(shè)計(jì)，加深了對(duì)課本知識(shí)的理解，進(jìn)一步熟練掌握了基礎(chǔ)理論知識(shí)，對(duì)平時(shí)較難掌握的知識(shí)有了更深的了解。在設(shè)