自动控制原理课程设计实验报告

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1、 目目 录录 0 绪论绪论. 1 1 系统分析和模型建立系统分析和模型建立. 1 1.1 背景知识. 1 1.2 模型建立. 1 1.3 性能指标分析 2 1.3.1 典型的闭环频率特性 2 1.3.2 二阶系统闭环幅频特性与时域指标的关系 2 1.3.3 高阶闭环系统与二阶系统的关系 3 2 系统校正系统校正 . 3 2.1 基于根轨迹法系统校正 . 3 2.2 基于频率法的系统校正 . 8 2.2.1 电流环校正分析 8 2.2.2 速度环校正分析 9 2.2.3 位置环校正分析 11 2.2.4 前馈控制 .15 3 系统仿真检验系统仿真检验16 3.1 基于根轨迹法校正的系统仿真检验.

2、16 3.2 基于频率法校正的系统仿真检验18 3.3 饱和环节对输出的影响 .24 4 电路实现电路实现 .27 4.1 比例放大环节电路实现 .27 4.2 串联超前校正装置的实现 27 4.3 前馈校正装置的实现 29 5 总结总结 .31 5.1 设计总结.31 5.2 心得体会.31 1 0 绪论绪论 直流电动机以其良好的控制特性得到了广泛的应用。 本次设计正是以直流电机为模 型，基于控制系统常用的性能指标，提出合理的设计方案。本次设计是对前边所学课程 的综合应用，也是与工程实践相结合的一个良好范本。本次设计，旨在加深对自动控制 原理和元件等知识的深入理解，也为后继课程的学习奠定基础

3、。 1 系统分析系统分析和模型建立和模型建立 1.1 背景知识 标准直流电机控制系统的基本方框图如图 1-1 所示。 图图 1- 1 1.2 模型建立 根据题给条件，对参数进行求取。 其中转动惯量 又由力矩系数 ，知反电势系数 。 ， ，求得 ， 。 则电机的模型如图 1-2 所示。 2 图图 1- 2 1.3 性能指标分析 1.3.1 典型的闭环频率特性 对于典型的单位反馈闭环系统，闭环幅频特性 具有以下特点： (1)若开环传递函数含有串联积分环节，则闭环幅频特性在 处 。否则 (2)在低频段，闭环幅频特性变化缓慢，比较平滑。 (3)随着 增大， 闭环幅频特性会出现谐振峰， 谐振峰对应的角频

4、率成为谐振频率 。 定义谐振峰值 并且定义相对谐振峰 (4)角频率大于 后， 会迅速下降。当闭环幅频特性降至0.707 时，对应 的角频率成为截至频率 。通常定义 为系统的带宽 。 1.3.2 二阶系统闭环幅频特性与时域指标的关系 对于二阶闭环系统，谐振峰值 和谐振频率 为 3 时，闭环幅频特性不出现谐振峰。 而二阶系统的截止频率 为 同时我们给出以下结论： (1) 闭环系统的截至频率 与相对应的开环系统的剪切频率 成正比关系。 (2) 系统的谐振峰值 时，系统震荡趋势将剧烈增大。 (3) 闭环带宽越宽，上升时间越短，但高频抗干扰的能力变差。 1.3.3 高阶闭环系统与二阶系统的关系 高阶系统的闭环极点都应在复数平面左半平面， 其中距离虚轴近的闭环极点对动态 过程影响大；反之距离虚轴远的闭环极点，对动态过程影响小。此外，极点附近有零点 时，对动态过程影响较小。 如果闭环极点中，有一对共轭复数极点（或一个实数极点）距虚轴最近，其他极点 到虚轴的距离都是它的5 倍