自来水厂水流量控制系统.doc

自来水厂水流量控制系统.doc

《自来水厂水流量控制系统.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自来水厂水流量控制系统.doc（12页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

自动控制原理课程设计

题目自来水厂水流量控制系统

校正装置设计

专业

姓名

班级

指导教师

专

郑州航空工业管理学院

机电工程学院

2012年12月

一、设计目的

通过课程设计，在掌握自动控制理论基本原理、一般电学系统自动控制方法的基础上，用MATLAB实现系统的仿真与调试。

二、设计要求

收集和查阅有关技术资料，独立完成所承担的设计课题的全部内容，初步掌握设计原则、设计方法、设计步骤和设计规范的应用；对工程设计方案进行选择和分析；绘制设计图；撰写说明书。

具体要求如下：

1、根据所学控制理论知识（频率法、根轨迹法等）进行人工设计校正装置，初步设计出校正装置传递函数形式及参数；

2、使用MATLAB和Simulink，对加入的校正装置的系统进行动态仿真，并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；

3、确定校正装置的电路形式及电路参数；

4、完成设计报告。

一、设计任务书（题目）

自来水厂水流量控制系统校正装置设计

某自来水厂水流量控制系统的控制对象的开环传递函数为

，设计校正装置的传递函数，是校正后系统满足如下动态及静态性能指标：

（1）系统的稳态速度误差系数；

（2）阶跃响应超调量，调整时间。

二、设计任务分析

（1）首先通过人工计算数据，画出矫正前的Bode图

（2）由系统的稳态速度误差系数1000可以确定增益K

（3）根据题目中的要求对系统的传递函数进行校正，画出Simulink仿真框图，校正后的Bode图

三.设计过程

1、利用根轨迹法进行人工设计校正装置，初步设计出校正装置传递函数的形式及参数；

2、根据所给的要求验证原系统是否符合要求，再按照校正装置的知识对系统进行校正；

3、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；

4、确定校正装置的电路形式及电路参数并进行验证，验证所添加的校正装置是否满足指标。

1.手工绘制开环传递函数画根轨迹图：

1）系统有三个开环极点：

，没有开环零点，所以根轨迹有三条，分别起始于开环极点，终止于无穷远处；

2）根轨迹对称于实轴且连续变化；

3）渐近线有3条，渐近线与实轴的交点为：

渐近线的倾角为：

4）实轴上的根轨迹段位于上；

5）根据分离点和会和点的公式：

解得：

6）分离角为：

7）根轨迹与虚轴的交点：

所以可得：

与虚轴交点为

所以原系统的根轨迹如下图所示：

四.

1.数据计算

题目中要求系统的稳态速度误差,则可取那么满足系统稳态性能指标要求=1000，则校正环节要求的放大系数为：

=

则此时开环传递函数为：

由可得取可由公式:

得出

则由公式可得出

由此可以看出元系统根轨迹需要加以修正，可在前串入超前校正装置，校正装置的确定，应使串入超前校正装置后的主极点通过希望的主导极点，也就是必须满足

校正装置产生的超前相角：

由题目要求得系统在希望主导极点上的相角为：

因此为使根轨迹通过希望的闭环极点，超前校正装置应在改点上产生的相角，而

又由公式：

则可得：

令

可得

故校正装置的传递函数为：

由前面算得,为补偿超前校正装置的幅度衰减，再传入一个放大倍数为的补偿放大器。

校正后系统的开环传递函数为

手工画出校正后的根轨迹图如图所示：

校正后的单位阶跃响应曲线如下图：

由系统阶跃响应曲线图可以得到系统的稳态性能指标为：

超调量：

M

调整时间：

t

而且系统的稳态误差为：

计算可得校正装置基本满足题目要求

在Simulink下的系统设计和校正：

七．设计感想

通过对本次自动控制理论实践课程的设计，使我巩固了原有的理论知识，培养了我应用所学知识和技能来分析、解决实际问题的能力。

使理论与实际相结合，更加深了我对自动控制这门课程的理解和掌握，尤其是对根轨迹和分析系统性能这一块有了更深入的学习，在设计过程中激发了创新意识和创造能力，同时增强了MATLAB的认识与软件的操作技巧。

今后我会更加努力的学习有关自控这方面知识，不断扩充自己的专业知识。

八．参考资料

1.《自动控制理论》电子工业出版社谢克明刘文定等编著

2.《MATLAB自动控制系统设计》机械工业出版社张德丰等编著