自动控制原理课程设计---对水箱流量控制系统

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1、 自动控制原理课程设计报告 一、 设计目的 通过对水箱流量控制系统分析，加强对水箱流量控制系统的认识，并掌握超 前串联校正设计的方法。 通过设计，加深自己对自动控制基本原理的理解，掌握自动控制理论基本原理及一 般电学系统的自动控制方法，培养分析问题、解决问题的能力。此外，使用 Matlab 软 件进行系统仿真，从而进一步掌握 Matlab 的使用方法。 二、课程设计题目及要求 已知单位反馈水箱流量控制系统，系统的开环传递函数为 )1001.0)(11.0( )( 0 sss K sG 要求：试用 Bode 图设计法对系统进行超前串联校正设计，使系统满足： （1）系统在单位斜坡信号作用下，系统的

2、稳态误差 0.001 ss e （2）系统校正后，系统的相角裕量 4050 三、设计的主要流程 （1）手画出满足初始条件的最小K值的系统的 Bode 图，并计算出系统的剪 切频率 1c 和相角裕量 0 ； （2）在系统前向通道中插入一个相位超前校正网络，确定校正网络的传递 函数)(sG； （3）用 Matlab 画出校正后的系统 Bode 图，并标出开环剪切频率 2c 及对应 的相角裕量； （4）在 Matlab 下，用 simulink 进行动态仿真，在计算机上对人工设计系统 进行仿真调试，使其满足技术要求； 四、设计理论指导 为了使系统满足一定的稳态和动态要求，对开环对数幅频区现有以下要求

3、： 开环频率特性的低频段的要有一定的高度和斜率； 开环频率特性的中频段的斜率一般要求在20/dBdec，并且具有一定的宽 度； 开环频率特性的高频段采用迅速衰减的特性，以抑制不必要的高频干扰； 因此，用频域法设计控制系统的实质，就是在系统中加入频率特性形状合适 的校正装置，是开环系统的频率形状变成所期望的形状。 五、设计步骤： （1）根据所要求的稳态性能指标，确定系统满足稳态性能要求的开环增益 K。 由要求（1） ：系统在单位斜坡信号作用下，系统的稳态误差0.001 ss e。 我们可以得出： 001.0 11 KK e v ss 我们知道 )1001.0)(11.0( lim)()(lim

4、0 0 0 sss K ssHssGK ss v 通过以上两式求出1000K， 因此取1000K。 （2）绘制1000K值下的系统的 Bode 图，并求出系统的相角裕量 o 。如图一所 示 图一：未校正的对数幅频曲线 待校正系统开环传递函数 )1001.0)(11.0( 1000 )( 0 sss sG 上式是最小相位系统，只需画出其对数幅频特性，就可以求出系统的开环剪 切频率 1c 。 由公式 )(180 1)()( c cc jHjG 由已知条件知，系统为单位斜坡作用，得出1)( c jH 由以上三式可求出未校正前 1c 对应的相角裕量 0 。 10 100 1000 20 40 60 1 -20dB/dec -40dB/dec -60dB/dec )(dBL )/(srad 图二：未校正系统的 Bode 图 由图二得待校正系统的开环剪切频率 1 100/ c rads 可算出待校正系统的相角裕量为 110 001.0arctan1