自來水廠水流量控制系統(tǒng)VIP

1、自 動 控 制 原 理 課 程 設(shè) 計題 目 自來水廠水流量控制系統(tǒng) 校正裝置設(shè)計 專 業(yè)姓 名班 級 指導(dǎo)教師 專鄭 州 航 空 工 業(yè) 管 理 學(xué) 院機(jī) 電 工 程 學(xué) 院2012 年 12 月1、 設(shè)計目的通過課程設(shè)計，在掌握自動控制理論基本原理、一般電學(xué)系統(tǒng)自動控制方法的基礎(chǔ)上，用MATLAB實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的仿真與調(diào)試。2、 設(shè)計要求收集和查閱有關(guān)技術(shù)資料，獨(dú)立完成所承擔(dān)的設(shè)計課題的全部內(nèi)容，初步掌握設(shè)計原則、設(shè)計方法、設(shè)計步驟和設(shè)計規(guī)范的應(yīng)用；對工程設(shè)計方案進(jìn)行選擇和分析；繪制設(shè)計圖；撰寫說明書。具體要求如下：1、 根據(jù)所學(xué)控制理論知識（頻率法、根軌跡法等）進(jìn)行人工設(shè)計校正裝置，初步設(shè)計出

2、校正裝置傳遞函數(shù)形式及參數(shù)；2、 使用MATLAB和Simulink，對加入的校正裝置的系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)仿真，并在計算機(jī)上對人工設(shè)計系統(tǒng)進(jìn)行仿真調(diào)試，使其滿足技術(shù)要求；3、 確定校正裝置的電路形式及電路參數(shù)；4、 完成設(shè)計報告。1、 設(shè)計任務(wù)書（題目）自來水廠水流量控制系統(tǒng)校正裝置設(shè)計 某自來水廠水流量控制系統(tǒng)的控制對象的開環(huán)傳遞函數(shù)為，設(shè)計校正裝置的傳遞函數(shù)，是校正后系統(tǒng)滿足如下動態(tài)及靜態(tài)性能指標(biāo)：（1）系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速度誤差系數(shù)；（2）階躍響應(yīng)超調(diào)量，調(diào)整時間。2、 設(shè)計任務(wù)分析(1) 首先通過人工計算數(shù)據(jù)，畫出矯正前的Bode圖(2) 由系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速度誤差系數(shù)1000可以確定增益K(3) 根據(jù)題

3、目中的要求對系統(tǒng)的傳遞函數(shù)進(jìn)行校正，畫出Simulink仿真框圖，校正后的Bode圖3. 設(shè)計過程1、 利用根軌跡法進(jìn)行人工設(shè)計校正裝置，初步設(shè)計出校正裝置傳遞函數(shù)的形式及參數(shù)；2、根據(jù)所給的要求驗(yàn)證原系統(tǒng)是否符合要求，再按照校正裝置的知識對系統(tǒng)進(jìn)行校正；3、在MATLAB下，用simulink進(jìn)行動態(tài)仿真，在計算機(jī)上對人工設(shè)計系統(tǒng)進(jìn)行仿真調(diào)試，使其滿足技術(shù)要求；4、確定校正裝置的電路形式及電路參數(shù)并進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證所添加的校正裝置是否滿足指標(biāo)。1.手工繪制開環(huán)傳遞函數(shù)畫根軌跡圖：1）系統(tǒng)有三個開環(huán)極點(diǎn)：，沒有開環(huán)零點(diǎn)，所以根軌跡有三條，分別起始于開環(huán)極點(diǎn)，終止于無窮遠(yuǎn)處；2）根軌跡對稱于實(shí)軸且

4、連續(xù)變化；3）漸近線有3條，漸近線與實(shí)軸的交點(diǎn)為：漸近線的傾角為：4）實(shí)軸上的根軌跡段位于上；5）根據(jù)分離點(diǎn)和會和點(diǎn)的公式：解得： 6）分離角為：7）根軌跡與虛軸的交點(diǎn)：所以可得：與虛軸交點(diǎn)為所以原系統(tǒng)的根軌跡如下圖所示：4.1.數(shù)據(jù)計算題目中要求系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速度誤差,則可取那么滿足系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)要求=1000，則校正環(huán)節(jié)要求的放大系數(shù)為： = 則此時開環(huán)傳遞函數(shù)為： 由可得取可由公式:得出則由公式可得出由此可以看出元系統(tǒng)根軌跡需要加以修正，可在前串入超前校正裝置，校正裝置的確定，應(yīng)使串入超前校正裝置后的主極點(diǎn)通過希望的主導(dǎo)極點(diǎn)，也就是必須滿足校正裝置產(chǎn)生的超前相角：由題目要求得系統(tǒng)在希望主導(dǎo)

5、極點(diǎn)上的相角為：因此為使根軌跡通過希望的閉環(huán)極點(diǎn)，超前校正裝置應(yīng)在改點(diǎn)上產(chǎn)生的相角，而又由公式：則可得：令可得故校正裝置的傳遞函數(shù)為：由前面算得,為補(bǔ)償超前校正裝置的幅度衰減，再傳入一個放大倍數(shù)為的補(bǔ)償放大器。校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 手工畫出校正后的根軌跡圖如圖所示：校正后的單位階躍響應(yīng)曲線如下圖：由系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線圖可以得到系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)為：超調(diào)量：M 調(diào)整時間：t而且系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為：計算可得校正裝置基本滿足題目要求在Simulink下的系統(tǒng)設(shè)計和校正：七設(shè)計感想通過對本次自動控制理論實(shí)踐課程的設(shè)計，使我鞏固了原有的理論知識，培養(yǎng)了我應(yīng)用所學(xué)知識和技能來分析、解決實(shí)際問題的能力。使理論與實(shí)際相結(jié)合，更加深了我對自動控制這門課程的理解和掌握，尤其是對根軌跡和分析系統(tǒng)性能這一塊有了更深入的學(xué)習(xí)，在設(shè)計過程中激發(fā)了創(chuàng)新意識和創(chuàng)造能力，同時增強(qiáng)了MATLAB的認(rèn)識與軟件的操作技巧。今后我會更加努力的學(xué)習(xí)有關(guān)自