基于二阶参考模型随动系统串联校正(编辑修改稿)

基于二阶参考模型随动系统串联校正(编辑修改稿)内容摘要：

LAB 仿真 ................................................................................................................... 32 MATLAB 简介 ................................................................................................ 32 MATLAB /SIMULINK ................................................................................................ 33 第六章 设计总结 .............................................................................................................................. 38 第一节 设计体会 ........................................................................................................................ 38 第二节 致谢 ................................................................................................................................ 38 参考文献 ............................................................................................................................................ 39 附录 英文文献 ................................................................................................................................ 40 一 英文原文 ............................................................................................................................ 40 二 英文翻译 .................................................................................................................................. 45 重庆邮电大学移通学院本科毕业设计（论文） 第 1 页 共 54 页 前 言 自动控制，就是在没有人参与的情况下，通过控制器或者控制装置来控制机器或者设备等物理装置，使得机器设备的受控物理量按照希望的规律变化，达到控制的目的。 对于 一个控制系统首要的要求是系统的绝对稳定性。 否则系统无法正常工作，甚至可能导致设备毁坏，造成重大损失。 在系统稳定的前提之下，要求系统的动态性能和稳态性能都要好。 系统的动态性能和稳态性能都是由相应的性能指标来描述的，比如误差，百分比超调，调节时间，稳定裕度等等。 在此，对于系统的性能要求可以简要概括为：响应动作要快，动态过程要平稳，跟踪值要准确。 在自动控制系统中，按阶数分类，可以分为一阶，二阶，三阶，四阶，高阶等。 在本次设计中主要涉及到线性定常二阶系统。 可以用二阶线性常系数微分方程描述的系统称为二阶线性定常系统。 控制工程中的许多系统都是二阶系统，如电学系统，力学系统。 即使是高阶系统，在简化系统分析的情况下有许多也可以近似成二阶系统来进行分析。 因此，二阶系统的性能分析在自动控制系统分析中 有非常重要的地位。 控制系统的校正问题，是自动控制系统设计理论的重要分支，也是具有实用意义的一种改善系统性能的手段与方法。 系统的设计问题，传统的提法是根据给定的被控对象和自动控制的基本要求，单独进行控制器的设计，使得控制器与被控对象组成的系统，能够较好的完成不可改变的部分。 但是近代控制系统的设计问题已经突破了上述的传统观念，例如，近 代的不稳定飞行对象的设计，就是事先考虑了控制的作用，亦即控制对象不是不可改变的部分了，而是对象与控制器进行的一体化的设计。 根据被控对象及其技术要求，设计控制器的传统做法也需要考虑多方面的问题，除了保证良好的性能指标外，还要照顾工艺性，经济学，同时使用寿命，容许的体积与重量，管理与维护的方便等也不容忽视。 在设计手段上，除了必要的理论计算外，还需要配合一些局部和整体的模拟实验仿真和数字仿真。 因此，要达到比较满意的设计，需要综合多方面的知识和依赖长期实践的积累。 系统的校正性问题，是一种原理性的局部设计。 问题的 提法是在系统的基本部分，通常是对象，执行机构和测量元件等主要部件，在已经确定的条件下，设计校正装置的传递函数和调整放大系数。 使系统的动态性能指标满足一定的要求。 这一原理性的局部设计问题通常 重庆邮电大学移通学院本科毕业设计（论文） 第 2 页 共 54 页 称为系统的校正或动态补偿器的设计。 由于校正方式加入系统的方式不同，所起的作用不同，名目众多的校正设计问题或动态补偿器设计问题，成了控制理论中一个极其活跃的领域，而且它是最有实际应用意义的内容之一。 重庆邮电大学移通学院本科毕业设计（论文） 第 3 页 共 54 页 第一章 控制系统的简介 第一节 线性控制系统 当系统中各组成环 节或元件的状态或特性可以用线性微分方程（或线性差分方程）来描述时，称这种这种系统为线性控制系统。 线性控制系统的特点是具有叠加性和均匀性（齐次性），及当系统存在几个输入时，系统的输入分别作用于系统时系统输出之和；当系统输入增加或缩小时，系统的输出也按同样比例增大或缩小。 如果描述系统运动状态的微分（或差分）方程的系数是常数且不随时间变化，则这种线性系统称为线性定常（或时不变）系统。 这种系统的响应形状只取决于输入信号的形状和系统的特性，与输入信号施加的时刻无关。 若微分（或差分）方程的系数是时间的函数，则这种线性 系统称为线性时变系统，这种系统的响应不仅取决与输入信号的形状和系统的特性，而且与输入信号施加的时刻有关。 第二节 自动控制系统的性能指标 一个自动控制系统要完成预定的控制任务，必须满足一定的性能指标。 在实际控制系统中，往往由于具体对象和控制任务的不同，对控制系统性能指标的要求特不同。 虽然如此，仍可对各种控制系统的性能指标概括为 3 个方面，即稳（定性），快（速性），准（确性）。 具体的说，对于随动系统，就要求系统能迅速，准确地跟随给定值输入的变化而变化，而不受干扰的影响；对于定植控制系统，就要求系统能迅速克服干 扰的影响，使被控量准确地恢复至给定值。 在自动控制系统中，把被控量不随时间变化的平衡状态称为“稳态”，而被控量随时间变化的不平衡状态为“动态”。 系统在动态阶段中，其被控量是不断变化的，这一随时间变化的过程称为动态过程，也称为过渡过程，瞬态响应过程或控制过程。 在此次设计中，主要研究二阶定常线性系统。 其性能指标包括静态和动态指标。 静态指标即是误差系数，动态性能指标包括上升时间，调节时间，峰值时间，超调量，震荡次数等。 重庆邮电大学移通学院本科毕业设计（论文） 第 4 页 共 54 页 第三节 系统概述 首先是一个比较环节，将输入信号与由输出反馈回的信号进行比较，以改善 放大器的静态和动态性能；第二个是比例环节，对输出信号进行一定量的放大；第三个是积分环节，可以是系统的跟踪能力增强，积分环节是当输入信号为零时，输出信号才能保持不变，而且能保持在任何位置上。 在控制系统中，引用积分环节可以消除被控量的偏差。 第四个是惯性环节，由于惯性环节系统的阻力，一开始输出并不与输入同步按比例变化，直到过渡过程结束 ,输出才能与输出保持比例，从而保证了控制过程作无差控制。 第五个是反馈环节，根据输入与输出在广义上是否相等来调节系统使之误差减小。 第四节 设计基本要求 基于频率特性法，试 用二阶参考模型法（即 ）设计串联校正装置以使系统满足设计指标的要求。 第五节 系统基本指标 ： 在输入为 r（ t）＝ a＋ bt，（其中： a＝ 5 b＝ 1/ sec.） ess≤ 的前提下，要求动态期望指标： ； 2 5( % = % )sts22= 重庆邮电大学移通学院本科毕业设计（论文） 第 5 页 共 54 页 第二章 系统建模 第一节 各环节模型建立 由于比较器产生偏差，从而构成控制，他可以构成一个环节或者起到连接作用。 比例环节 图 212 比例环节 01RG Rf 重庆邮电大学移通学院本科毕业设计（论文） 第 6 页 共 54 页 积分环节 图 213 积分环节 SRC 1G 012  图 214 惯性环节 0222022223 RR1SCR1RSC1RSCRG  重庆邮电大学移通学院本科毕业设计（论文） 第 7 页 共 54 页 第二节 系统数学模型 令 0f KRR  开环传递 函数 ：)1( RRSG 22301 20  SCRSRC f）（=）（  闭环传递函数 ：fRRSC 222301f200 )1S ( RRC RR( S )G1 ( S )GG ( S )  = 0. 5KS0. 05 S 0. 5K2  特征方程 ： D(S)=  =0 重庆邮电大学移通学院本科毕业设计（论文） 第 8 页 共 54 页 第三章 系统分析 二阶系统的开环传递函数为 )2((S )G20 nnSS  闭环传递函数为222C 2( S )G nnnS   闭环传递函数的分母多项式等于零的代数方程称为二阶系统的闭环特征方程，即02S 22  nnS  闭环特征方程的两个根称为二阶系统的特征根，即 1。