自动控制原理课程设计---直流电机PI控制器稳态误差分析

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1、 课程设计任务书课程设计任务书 题题 目目: : 直流电机直流电机 PIPI 控制器稳态误差分析控制器稳态误差分析 初始条件：初始条件： 一直流电机控制系统的方框图如图所示，其中 Y 为电机转速， a v为电枢 电压，W 为负载转矩。令电枢电压由 PI 控制定律求取，PI 表达式为： )( 0 t Ipa edtkekv，其中 e=r-y。 要求完成的主要任务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） 写出以 R 为输入的直流电机控制系统微分方程； （2） 试求 kP和 kI的值，使闭环系统的特征方程的根包括30j30 ； （3） 计算在单

2、位阶跃参考输入、单位斜坡参考输入、单位阶跃扰动输入、单位斜坡 扰动输入时系统的稳态误差； （4） 用 Matlab 证明你的上述答案，并画出系统响应曲线； （5） 对上述任务写出完整的课程设计说明书，说明书中必须写清楚分析的过程，附 Matlab 源程序或 Simulink 仿真模型，说明书的格式按照教务处标准书写。 时间安排：时间安排： D 300 03 1 s R Y a v e + - + 1200 W - 1 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：指导教师签名： 年年 月月 日日 系主任（或责任教师）签名：系主

3、任（或责任教师）签名： 年年 月月 日日 2 摘要 扰动能够影响一个的反馈系统的正常运行，而且平时设计的自动控制系统有时难免 会受到扰动的影响，这时就要能够很好的处理扰动这个外作用。只有处理好扰动对系统的 影响，我们的系统才能像们所希望的那样很好的实现功能。本设计是一个直流电机控制系 统，电机转速是系统的输出信号，负载转矩是系统的扰动信号，目的是为了探讨参考输入 和扰动输入分别对系统的影响，当然这是完善系统的基本前奏。 在本设计中，通过一些原理、方案，使系统能够达到一定的要求。并用 MATLAB 软件 验证自己的计算，从而进行校正、检验。可见，不仅要能够掌握自动控制原理的一些基本 知识，还要有

4、熟练运用 MATLAB 软件的能力，因此在做设计之前要查找充分的资料，并在 设计中也勤查资料，只有这样才能全面的、准确的完成课程设计，并能运用 MATLAB 解决 问题。作为学生，不要仅满足于运用 MATLAB 完成自己的任务，自己要利用这样的好机会， 全面的掌握 MATLAB 的运用，为以后熟练运用 MATLAB 打下很好的基础。总之，不能仅满足 于老师布置的任务，自己要想在课设中有很好的提高，就要勤查资料，严格要求自己，充 分利用图书馆、同学一些资源。 关键字：扰动 反馈系统 MATLAB 3 目 录 1 设计要求 4 2 设计原理 4 3 设计方案 5 4 设计分析与计算 5 4.1 系

5、统微分方程 . 5 4.2 kP和 ki的值 6 4.3 稳态误差（以 R 为输入） . 6 4.4 稳态误差（以 W 为输入） . 7 5 仿真程序、波形及结果分析 8 5.1 MATLAB 表示传递函数 . 8 5.2 单位阶跃参考输入的系统响应曲线 . 8 5.3 单位斜坡参考输入的系统响应曲线 . 10 5.4 单位阶跃扰动输入的系统响应曲线 . 11 5.5 单位斜坡扰动输入的系统响应曲线 . 12 6 心得体会 . 14 参考文献 . 15 4 直流电机 PI 控制器稳态误差分析 1 设计要求 已知一直流电机控制系统的方框图如图 1-1 所示，其中 Y 为电机转速， a v为电枢电

6、 压，W 为负载转矩。令电枢电压由 PI 控制定律求取，PI 表达式为：)( 0 t Ipa edtkekv， 其中 e=r-y。 图 1-1 直流电机控制系统的方框图 通过初始条件完成以下任务: （1）写出以 R 为输入的直流电机控制系统微分方程； （2）试求 kP 和 kI 的值，使闭环系统的特征方程的根包括30j30 ； （3）计算在单位阶跃参考输入、单位斜坡参考输入、单位阶跃扰动输入、单位斜坡 扰动输入时系统的稳态误差； （4）用 Matlab 证明你的上述答案，并画出系统响应曲线； （5）对上述任务写出完整的课程设计说明书，说明书中必须写清楚分析的过程，附 Matlab 源程序仿真模型，说明书的格式按照教务处标准书写。 2 设计原理 对于所给的系统得结构图，R(s)和 W(s)都是施加于系统的外作用。R(s)是有用输入 D 300 03 1 s R Y a v e + - + 1200 W - 5 作用，简称输入信号; W