重慶大學(xué)自動(dòng)控制原理課程設(shè)計(jì)——倒立擺系統(tǒng)的控制器設(shè)計(jì)-資料下載頁(yè)
2025-06-25 04:10本頁(yè)面
【正文】 ）式（42）中2) 根據(jù)穩(wěn)態(tài)誤差要求計(jì)算增益K （43）所以于是： 3) 在MATLAB中畫(huà)出的Bode圖：圖19 由圖19可以看出，系統(tǒng)的相角裕量為0176。，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)的相角裕量為50176。，因此需要增加的相角為50176。，增加超前校正裝置會(huì)改變Bode圖的幅值曲線，開(kāi)環(huán)截止頻率會(huì)增加，因此必須對(duì)開(kāi)環(huán)截止頻率增加所造成的相位滯后增量進(jìn)行補(bǔ)償，實(shí)際需要增加的相角裕量為55176。4)計(jì)算超前校正網(wǎng)絡(luò)參數(shù)：= （44） （45） 在圖19中找到的點(diǎn)，該點(diǎn)的頻率就是校正后系統(tǒng)的截止頻率，即，該頻率就是超前校正網(wǎng)絡(luò)最大超前角處對(duì)應(yīng)的頻率，也即是系統(tǒng)校正后的截止頻率。5)計(jì)算超前校正網(wǎng)絡(luò)的另一個(gè)參數(shù)T （46）， 由此得到的校正裝置為： 校正后的傳遞函數(shù)為：6)畫(huà)出校正后系統(tǒng)的Bode圖圖20圖21 從圖20和圖21可知，校正后的系統(tǒng)相角裕量和幅值裕量符合設(shè)計(jì)要求，根據(jù)奈奎斯特判據(jù)可知校正后的系統(tǒng)穩(wěn)定?，F(xiàn)在分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能是否滿足要求。Matlab編程如下： num=[* **]。 den1=[ 0 ]。 den2=[1 ]。 den=conv(den1,den2)。 sys=tf(num,den)。 sys2=feedback(sys,1)。 t=0::20。 step(sys2,t) axis([0 1 0 2])。圖22從圖22可看到，系統(tǒng)的超調(diào)量較大，不理想，因此對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，經(jīng)過(guò)反復(fù)試探和分析，得到較好的參數(shù)如下：圖23 從圖21可看到，此時(shí)系統(tǒng)的超調(diào)量很小，調(diào)節(jié)時(shí)間短，穩(wěn)定性好，符合設(shè)計(jì)要求且性能指標(biāo)良好。該控制器設(shè)計(jì)成功。 Simulink仿真仿真結(jié)構(gòu)圖如下：圖24仿真結(jié)果如下：圖25由圖25能看到校正后系統(tǒng)的穩(wěn)定性，快速性和準(zhǔn)確性都比較好，符合設(shè)計(jì)要求。5 PID控制分析經(jīng)典控制理論的研究對(duì)象主要是單輸入單輸出的系統(tǒng)，控制器設(shè)計(jì)時(shí)一般需要有關(guān)被控對(duì)象的較精確模型。PID 控制器因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易調(diào)節(jié)，且不需要對(duì)系統(tǒng)建立精確的模型，在控制上應(yīng)用較廣。 Simulink仿真結(jié)構(gòu)圖如下：圖26 經(jīng)過(guò)反復(fù)試探和分析，得到當(dāng)Kp=60,Ki=30,Kd=15時(shí)，系統(tǒng)的超調(diào)量較小，調(diào)節(jié)時(shí)間短，穩(wěn)定性好。仿真結(jié)果如下：圖276 總結(jié)1）兩種校正方法的比較：直線一級(jí)倒立擺根軌跡控制實(shí)驗(yàn)中，閉環(huán)系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)的基本特性與閉環(huán)極點(diǎn)的位置緊密相關(guān)，如果系統(tǒng)具有可變的環(huán)路增益，則閉環(huán)極點(diǎn)的位置取決于所選擇的環(huán)路增益，從設(shè)計(jì)的觀點(diǎn)來(lái)看，對(duì)于有些系統(tǒng)，通過(guò)簡(jiǎn)單的增益調(diào)節(jié)就可以將閉環(huán)極點(diǎn)移到需要的位置，如果只調(diào)節(jié)增益不能滿足所需要的性能時(shí)，就需要設(shè)計(jì)校正器，常見(jiàn)的校正器有超前校正、滯后校正以及超前滯后校正等。 直線一級(jí)倒立擺頻率響應(yīng)控制實(shí)驗(yàn)中，系統(tǒng)對(duì)正弦輸入信號(hào)的響應(yīng)，稱為頻率響應(yīng)。在頻率響應(yīng)方法中，我們?cè)谝欢ǚ秶鷥?nèi)改變輸入信號(hào)的頻率，研究其產(chǎn)生的響應(yīng)。 頻率響應(yīng)可以采用以下三種比較方便的方法進(jìn)行分析，一種為伯德圖或?qū)?shù)坐標(biāo)圖，伯德圖采用兩幅分離的圖來(lái)表示，一幅表示幅值和頻率的關(guān)系，一幅表示相角和頻率的關(guān)系；一種是極坐標(biāo)圖，極坐標(biāo)圖表示的是當(dāng)ω從0變化到無(wú)窮大時(shí)，向量 Ge(jω) G(jω)的軌跡，極坐標(biāo)圖也常稱為奈奎斯特圖，奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)使我們有可能根據(jù)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)頻率響應(yīng)特性信息，研究線性閉環(huán)系統(tǒng)的絕的穩(wěn)定性和相對(duì)穩(wěn)定性。2）我的感想： 通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，加深了我對(duì)相關(guān)知識(shí)的了解。更進(jìn)一步的掌握了一些自動(dòng)控制的基本方式、方法。體會(huì)到了自動(dòng)控制在日常生活中應(yīng)用。通過(guò)對(duì)matlab的使用和學(xué)習(xí)，對(duì)設(shè)計(jì)的控制器進(jìn)行仿真，觀察仿真的Bode圖和奈奎斯特圖是否符合我的設(shè)計(jì)要求，更能明白自動(dòng)控制的作用和意義，也理解了經(jīng)典控制理論在自動(dòng)控制分析中發(fā)揮的作用，驗(yàn)證所學(xué)的控制理論和算法，對(duì)所學(xué)課程加深了理解。為以后從事自動(dòng)控制方面的工作和學(xué)習(xí)，打下了更加牢固的基礎(chǔ)，本次課程設(shè)計(jì)是不可多的機(jī)會(huì)。參考文獻(xiàn)：[1].涂植英，:重慶大學(xué)出版社,2005[2].:科學(xué)出版社,2001[3].Katsuhiko :電子工業(yè)出版社,2003[4].,2005[5].固高科技有限公司. 倒立擺與自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn),2005[6].Matlab/Simulink27
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