转子绕线机控制系统的滞后校正设计毕业设计论文.docx
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转子绕线机控制系统的滞后校正设计毕业设计论文
课程设计
题目
转子绕线机控制系统的滞后校正设计
学院
专业
班级
姓名
指导教师
毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺:
所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名:
日 期:
指导教师签名:
日 期:
使用授权说明
本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定,即:
按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本;学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名:
日 期:
学位论文原创性声明
本人郑重声明:
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名:
日期:
年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。
本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名:
日期:
年月日
导师签名:
日期:
年月日
注意事项
1.设计(论文)的内容包括:
1)封面(按教务处制定的标准封面格式制作)
2)原创性声明
3)中文摘要(300字左右)、关键词
4)外文摘要、关键词
5)目次页(附件不统一编入)
6)论文主体部分:
引言(或绪论)、正文、结论
7)参考文献
8)致谢
9)附录(对论文支持必要时)
2.论文字数要求:
理工类设计(论文)正文字数不少于1万字(不包括图纸、程序清单等),文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括:
任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)。
4.文字、图表要求:
1)文字通顺,语言流畅,书写字迹工整,打印字体及大小符合要求,无错别字,不准请他人代写
2)工程设计类题目的图纸,要求部分用尺规绘制,部分用计算机绘制,所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁,布局合理,文字注释必须使用工程字书写,不准用徒手画
3)毕业论文须用A4单面打印,论文50页以上的双面打印
4)图表应绘制于无格子的页面上
5)软件工程类课题应有程序清单,并提供电子文档
5.装订顺序
1)设计(论文)
2)附件:
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)次序装订
指导教师评阅书
指导教师评价:
一、撰写(设计)过程
1、学生在论文(设计)过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性;技术线路的可行性;设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文(设计)期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
三、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩:
□优□良□中□及格□不及格
(在所选等级前的□内画“√”)
指导教师:
(签名)单位:
(盖章)
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价:
一、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩:
□优□良□中□及格□不及格
(在所选等级前的□内画“√”)
评阅教师:
(签名)单位:
(盖章)
年月日
教研室(或答辩小组)及教学系意见
教研室(或答辩小组)评价:
一、答辩过程
1、毕业论文(设计)的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
三、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩:
□优□良□中□及格□不及格
教研室主任(或答辩小组组长):
(签名)
年月日
教学系意见:
系主任:
(签名)
年月日
课程设计任务书
题目:
转子绕线机控制系统的滞后校正设计
初始条件:
已知转子绕线机控制系统的开环传递函数为:
要求系统的静态速度误差系数
,相位裕度
。
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、试用MATLAB作出满足初始条件的最小K值系统的伯德图,计算系统的幅值裕度和相位裕度。
2、前向通路中插入一相位滞后校正,确定校正网络的传递函数。
3、用MATLAB画出未校正和已校正系统的根轨迹。
4、用MATLAB对校正前后的系统进行仿真分析,画出阶跃响应曲线,计算其时域性能指标。
5、课程设计说明书中要求写清楚计算分析的过程,列出MATLAB程序和MATLAB输出。
说明书的格式按照教务处标准书写。
时间安排:
任务
时间(天)
审题、查阅相关资料
2
分析、计算
3
编写程序
2
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
转子绕线机控制系统的滞后校正设计
摘要
随着社会生产力的的显著提高,自动控制技术在工业,农业,教育,航天,生物,
学,环境等方面发挥着重要作用。
自动控制系统有三种基本控制方式:
反馈控制方式,开环控制方式,复合控制方式,
最基本应用最广泛的的是反馈控制方式。
在控制系统的分析和设计中,首先要建立系统的数学模型。
控制系统的数学模型是描述系统内部物理量(或变量)之间关系的数学表达式。
在自动控制理论中,数学模型有多种形式。
时域中常用的数学模型有微分方程、差分方程和状态方程;复数域中有传递函数、结构图;频域中有频率特性等。
由于计算机技术的发展,MATLAB在控制器设计,仿真和分析方面得到广泛应用。
其中MATLAB工具箱中包含的控制系统工具箱主要处理以传递函数为主要特征的经典控制和以状态空间为主要特征的现代控制中的主要问题。
本次课设采用单位负反馈的某激光控制系统,建立系统的传递函数,通过相关条件计算参数,并针对装置进行串联滞后校正,使系统满足稳定性,快速性,准确性的要求。
关键词:
传递函数稳定性滞后校正相角裕度MATLAB
1.设计目的、要求及原理
1.1设计目的
通过增加一个滞后校正装置,确定其最适合参数来改变系统性能。
1.2设计要求
要求系统的静态速度误差系数
,相位裕度
。
1.3设计原理
串联滞后校正的作用是利用滞后校正的高频幅值衰减特性,使校正后系统的截止频率下降,从而使系统获得足够的相角裕度。
另外,可以提高低频段的增益,减小稳态误差。
通过分析系统逐步确定其矫正系统参数,具体步骤如下:
1.根据稳态误差要求求出K值;
2.画出未校正系统的波特图,并求
;
3.波特图上绘制出
曲线;
4.根据稳态误差
要求,求出校正系统的截止频率
;
5.根据公式
和
,可求出b和T;
6.验证已校正系统的相位裕度和幅值裕度。
2.分析与计算
2.1最小K值的系统频域分析
已知转子绕线机控制系统的开环传递函数是:
(静态误差系数
)
所以最小的K值为:
K=600
故:
1 求相位裕度:
因为
在穿越频率处
=1,解得
=6.31rad/s
穿越频率处的相角为:
相角裕度为:
deg
2 求幅值裕度:
因为
所以,幅值裕度为:
使用MATLAB软件可直接得到系统的BODE图和相角、幅值裕度。
程序的代码如下:
n=600
d=[1,15,50,0]
g1=tf(n,d)
[mag,phase,w]=bode(g1)
margin(g1)
图2-1校正前系统的BODE图
MATLAB仿真结果为:
Gm=1.94dB;Pm=6.18deg(与理论计算结果相同)
2.2滞后校正函数计算
由于按设计要求幅值裕度
。
根据要求令相角裕度γ=60并附加6,即取γ=66。
设滞后校正器的传递函数为:
校正前的开环传递函数为:
故用MATLAB编写的求滞后校正的程序代码如下:
k0=600;
n1=1;d1=conv(conv([10],[15]),[110]);
Go=tf(k0*n1,d1);
[mag,phase,w]=bode(Go);
Mag=20*log10(mag);
Pm=60;
Pm1=Pm+6;
Qm=Pm1*pi/180;
b=(1-sin(Qm))/(1+sin(Qm));
Lcdb=-20*log10(b);
wc=spline(Mag,w,Lcdb);
T=10/(wc*b);
Tz=b*T;
Gc=tf([Tz1],[T1])
图2-2滞后校正求解图
故得到结果为:
使用MATLAB检验是否符合要求,程序代码为:
K=600;
n1=1;d1=conv(conv([10],[15]),[110]);
s1=tf(K*n1,d1);
n2=[18.581];d2=[411.21];s2=tf(n2,d2);
sys=s1*s2;
[mag,phase,w]=bode(sys);
margin(sys)
图2-3校正后系统BODE图
Matlab仿真结果为:
Gm=28.7dB;Pm=75.3deg(符合设计要求)
3.MATLAB画校正前后的轨迹
3.1校正前的根轨迹
由于系统未校正前的开环传递函数为:
使用MATLAB画根轨迹代码如下:
num=600
den=conv(conv([1,0],[1,5]),[1,10])
rlocus(num,den)
title('控制系统未校正前根轨迹图')
图3-1校正前系统根轨迹图
3.2校正后的根轨迹
系统校正后的开环传递函数为:
使用MATLAB画根轨迹代码如下:
num=600*[18.58,1]
den=conv(conv([1,10],[411.2,1]),[1,5,0])
rlocus(num,den)
title('控制系统校正后根轨迹图')
图3-2校正后的系统根轨迹图
图3-3右方根轨迹放大图
4.用MATLAB对校正前后的系统进行仿真分析
4.1校正前系统
用MATLAB软件画出未校正的和已校正系统的阶跃响应曲线。
校正前系统阶跃响应曲线的MATLAB程序如下。
num=600;
den=conv(conv([10],[15]),[110]);
t=0:
0.001:
5;
G=tf(num,den);
sys=feedback(G,1);
figure
(1);grid;
step(sys,t);
得系统校正前的阶跃响应曲线如图4-5所示。
图4-1系统校正前单位阶跃响应曲线
4.2校正后系统
校正后系统阶跃响应曲线的MATLAB程序如下。
num=600*[18.58,1]
den=conv(conv([1,10],[411.2,1]),[1,5,0])
t=0:
0.001:
5;
G=tf(num,den);
sys=feedback(G,1);
figure
(1);grid;
step(sys,t);
可得校正后系统阶跃响应曲线如图4-2所示。
图4-2系统校正后单位阶跃响应曲线
校正前系统为无阻尼临界稳定状态,峰值时间tp=0.5s;
校正后系统为欠阻尼稳定状态,系统峰值时间为tp=7.5s,输出最大值为Cmax=1.1;
输出稳态值为
=1,超调量为σ%=10%,调节时间为24s;
校正后的系统稳定,且
,
,满足要求。
5.心得体会
MATLAB是以前就学过的,但是之前做的是微机接口技术。
学习《自动控制原理》这门课的时候,也有少量接触过,但是这次单独的课程设计让我真正有了自己去设计的感觉,只给一个不完善的系统,通过分析,充分应用MATLAB来改善其性能。
其中用的最多的就是频域分析和跟轨迹分析,而且通过比较,我能充分感受到MATLAB软件的强大及便捷。
这次课设并不是很难,用到的知识在《自动控制原理》中基本都提到,所以对于我们自身来说,难度不大,但是我个人觉得,我们应该利用这次机会更深入了解MATLAB软件以及其常用应用指令;另外,针对自动控制系统的分析,我们应该从更高程度去理解系统分析的意义及常用方法,这对于我们自动化专业的学生来说,应该是打好基础的过程,应该充分重视。
总之,通过这次做课程设计,我学到了很多,无论是课内的还是课外的,这些都为今后继续学习奠定了基础。
参考文献
[1]王万良.自动控制原理[M].北京:
科学出版社,2001
[2]胡寿松.自动控制原理[M].4版.北京:
科学出版社,2001
[3]黄坚.自动控制原理及其应用[M].北京:
高等教育出版社,2004
[4]赵景波.MATLAB控制系统仿真与设计[M].北京:
机械工业出版社,2010
[5]黄忠霖.控制系统MATLAB计算及仿真实训[M].北京:
国防工业出版社,2006
本科生课程设计成绩评定表
姓名
性别
专业、班级
课程设计题目:
转子绕线机控制系统的滞后校正设计
课程设计答辩或质疑记录:
1、串联滞后校正有什么作用?
答:
串联滞后校正的作用是利用滞后校正的高频幅值衰减特性,使校正后系统的截止频率下降,从而使系统获得足够的相角裕度。
另外,可以提高低频段的增益,减小稳态误差。
2、怎么进行滞后校正设计?
答:
利用频域法确定滞后校正参数的步骤:
根据稳态性能指标,确定原系统的开环增益K,绘制未校正系统的伯德图。
选择截止频率
,根据公式
和,可求出b和T的值,用所求的参数确定校正装置的传递函数,验算校正后系统的性能指标。
3、如何使用MATLAB绘制根轨迹图?
答:
通过指令和函数可调用MATLAB绘制根轨迹图的功能,具体操作如下:
第一行用num表示传递函数的分子系数部分,第二行把传递函数的分母的系数赋值给den,然后调用MATLAB的根轨迹绘制子函数rlocus(num,den),用title结尾,类似于C语言和汇编语言中的宏操作和子函数调,即可绘制出传递函数的根轨迹图。
成绩评定依据:
评定项目
评分成绩
1.选题合理、目的明确(10分)
2.设计方案正确、具有可行性、创新性(20分)
3.设计结果(例如:
系统设计程序、仿真程序)(20分)
4.态度认真、学习刻苦、遵守纪律(15分)
5.设计报告的规范化、参考文献充分(不少于5篇)(10分)
6.答辩(25分)
总分
最终评定成绩(以优、良、中、及格、不及格评定)
指导教师签字:
年月日
毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺:
所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名:
日 期:
指导教师签名:
日 期:
使用授权说明
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按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本;学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名:
日 期:
学位论文原创性声明
本人郑重声明:
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名:
日期:
年月日
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涉密论文按学校规定处理。
作者签名:
日期:
年月日
导师签名:
日期:
年月日
指导教师评阅书
指导教师评价:
一、撰写(设计)过程
1、学生在论文(设计)过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性;技术线路的可行性;设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文(设计)期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
三、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩:
□优□良□中□及格□不及格
(在所选等级前的□内画“√”)
指导教师:
(签名)单位:
(盖章)
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价:
一、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩:
□优□良□中□及格□不及格
(在所选等级前的□内画“√”)
评阅教师:
(签名)单位:
(盖章)
年月日
教研室(或答辩小组)及教学系意见
教研室(或答辩小组)评价:
一、答辩过程
1、毕业论文(设计)的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
三、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩:
□优□良□中□及格□不及格
(在所选等级前的□内画“√”)
教研室主任(或答辩小组组长):
(签名)
年月日
教学系意见:
系主任:
(签名)
年月日
学位论文原创性声明
本人郑重声明:
所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下进行的研究工
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- 关 键 词:
- 转子 绕线机 控制系统 滞后 校正 设计 毕业设计 论文