自动控制原理课程设计电动车控制系统校正.docx

电动车车速控制系统校正目录一、研究内容 21、研究内容 22、控制原理图 2二、系统建模 31、系统分析 32、简化系统模型 3三、时域分析 41、稳定性分析 42、稳态误差分析 43、动态特性指标 54、调整系统 6四、根轨迹分析 91、根轨迹 92、系统特性分析 10五、频域分析 131、系统伯德图、奈奎斯特图 132、系统性能分析 14六、小组分工 16七、感受心得 16一、研究内容1、研究内容通过车手柄转手产生不同扭矩，电源输入不同的电压值（不稳 定），改变直流电机的电流输出值，从而影响电机的转速，改变车 速车速通过转速计反馈给输入的电压值，然后进一步稳定输出 车速，如此反复，直到车速达到一定的稳定状态（在一定范围内 变化），表现为和输入的扭矩呈线性关系2、控制原理图系统建模1、系统分析控制对象：直流电机输入量：电压U （转矩）2、简化系统模型扰动量：电机的负载阻力转矩输出量：输出车速n由电路图可知系统由一个积分环节、一个一阶微分环节、两个性环节组成，故其传递函数和方框图有:0 1Wb=w/(1+ WkWf)三、时域分析取单位反馈，令T o=0.5, T i=1, T 2=4对系统进分析1、稳定性分析特征方程有：SA340.5K+1SA25KSA11-0.3K0SA0K故开环增益0< Kk<3.333稳态误差分析系统为1 型系统 故 Kv= Kk，输入信号为 x(t)=a*1+b*t+0.5*c*te=SSa*0 + b/K + c*OO2)SA2+(T0 Kk+1)S+ Kk= 01由此可以得出，增大K或者提升系统的型别可以减少系2、T2SA3+( T 1+ T统稳态误差3、动态特性指标在Metlab中编程可得其性能参数时域分析 系统动态特性指标幵环放大系数Kk超调量Mp (%)上升时间峰值时间tp (皿£)调节时间ts (ns)tr(ms)0. 010. 025过阻尼n. nns0. 0750. 347733. 14S. 1233. 10. 12. 9222. 130. 6637. 2B0. 1256. 332517. 1624. 434. 860. 159. 771214. 3620. 9231. 50. 54=0. 25. 961041. IS159. 6547. 155. 44276. 872. 785. 1498. 741门丿応简谐霄云tl由此可知系统的开环放大系数Kk越大系统就越趋于不稳定状态，过小则会使系统反应较慢，此系统合适的Kk在0.1附近。

4、调整系统由于Kk的值太小，没有实现信号的放大加入微分环节调大Kk, 此时系统开环函数为Wk=Kk[( t °S+l)(aS+l)] /[s ( t 卩+1)( t 2S+1)]令a=0.5，特征方程有：t 1 t 2Sa3+( t 1+ t 2+ t 0*a)SA2+((a+ t ° )Kk+l)S+ Kk= 0SA34 K+1SA25+0.25K KSAI(0.25KA2+1.25K+5)/(5+0.25K)SA0KK可以使任意正数，系统都保持稳定稳态误差:SS _ a*0 + b/K + c*时域廿析 加入微舒坏,系统戍态特性扌吕标口环预大系豺KkMp (%)上升时间"tr (.itls.)峰值时间tp (.jtls .)调节吋间t a Gils')141. 363. B6. 64：2R. RR551. 911. 522. 919. 261 u4R. u 1 ER1. 0221 1 . R1543. 930. S21. 65. 022040. 480. 71. 3B4. 74□ 028. 270. 40. B2. 5SLOIJ19. 59CL 26□ . 521. 161007. 5S0. 10. 20. GS0.6-CL斗0.2-d c re -~j c由此可知，加入微分环节会增大Kk,系统的超调量会先增加后减 小，同时会使系统的响应速度提高，tr、tp、ts都会减小，但K 太大，系统可控性就会减弱，调整a,使K在合理范围内。

使K=15，改变a,在Metlab中编程，得出性能指数和图形对坳分析系统动态特性指标修改徴井环节参数厲开环放大系数Kk微分环节系数a超调量Ifc 00上升时间tr (s)峰值时间 tp (s)谓节时间ts (s)15D. 360. 950. 91. 7817. 10. 543. 93D. 821.68. 020. 7531. 270. 741. i44. 3123. 640. 681.33. 76211. 2B0. 50. 922. 012. 58. 930. 440.01. 7337. 440. 40. 721. 511.B -! ! ! ! ! ! ! ! !-11-1.2k1|1 A r.亠十D.8厂D&D.4 ■-□ 2 ■-&LIlli 1 1 1 1 1D m 21] 3D 4C 9 Si 70 9J 1CD0 1Q 3J 30 « 50 6& 70 BC ® 1DO1.2U.S - -C.4 ” -0.2 - -0 10 20 » do 50- &：| 70 ftC 90 100随着a的增大，系统的震荡性减弱，超调量下降，选取a=2.5此时放大倍数有开始的0.1调大到15,系统的各项参数都达到很好的范围。

四、根轨迹分析1、根轨迹Wk=Kk（ T 0S+1）/[S（ T p+l）（ T 2S+1）]取单位反馈，令T 0=0.5, T]=l, T 2=4对系统进分析10aR&ot Locu&-4-6-2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5Real Axis (seconds'1)6 4 2 0-2(，Lnp 匚O口OJLTI) m-xv Ajbu-10临界稳定的增益和极点：K=2.89 -p1= -1.2306 + 0.0000i -p2 = -0.0097 + 0.7666i-p3= -0.0097 - 0.7666i加入微分环节有Wk=Kk[( t 0S+1)(aS+1)] /[S ( t 1S+1)( t 2S+1)]令a=0.5(两个零点重合)有3 2 10^—(旳 p 匚 0口心也)Ln一/y AJm 匚一 beeXD -9 -6 -4 -2 □Real Axis (seconds'1}阻尼比最小处：K=2.8795-pl=-1.1344 + 0.0000i -p2= -0.1478 + 0.7828i-p3=-0.1478 - 0.7828i由此可知加入微分环节之后，系统的稳定性大大提高2、系统特性分析改变a的值，a=0.3-W -B -6 -4 -2Real Axis (soconds-1)3 i 1 a-1-2-3-4-5 厂SPS第茗湮巴霄酒iq1距离虚轴更近，阻尼比最小处 k =6.0557poles = -1.2670 + 0.0000i -0.1051 + 1.0881i-0.1051 - 1.0881i:极点与零点重合，此时最小阻尼比处k =1.3136poles = -1.0000 + 0.0000i -0.2071 + 0.5343i-0.2071-0.5343i0-50k = 0.3213-0.2219 + 0.1984ipoles =-0.9066 + 0.0000i-0.2219 - 0.1984i-7 -S -3 -2 -1 0 1Axis (seconds'1)5 o S- hbpuoos血5芒 eu_bee-极点与零点重合，最小阻尼比处k =1.9672poles = -0.9918 + 0.9917i -0.9918 - 0.9917i-0.2500 + 0.0000iY -3 *2 -1Real Axis (secondsr罟U00BB一 S一xy 凸置beuj_k =1.2503poles = -0.9188 + 0.8768i -0.9188 - 0.8768i-0.1938 + 0.0000i随着a的增大的（在一定范围内），最小阻尼增大，系统的超调量 减小，趋于稳定，震荡性减弱，相应速度加快。

五1、、频域分析系统伯德图、奈奎斯特图Wk=Kk（ T 0S+1）/[S（ T p+l）（ T 2S+1）]80riyquist a-060O400 02-2 s_xv 當 一1-6强一O£取单位反馈，令T 0=0.5, T]=l, T 2=4对系统进分析-4.5 Y -3.5 -3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0Real Axiso o«o50(召- 1 -一 gprprwu 导王Bod-e DingrnmGm = 1O.5dB (at O.B17 rad/s) , Pm = -17.4 deg (at 0.45 2 rad/&)50 ' '35Bo-22510'210'1 1O0 101Frequ-erkCy (rad/s)截止频率3 c = 0.45 ；相角裕度n =17.38 ；幅值裕度h=4.142、系统性能分析加入微分环节有Wk=Kk[( t °S+l)(aS+l)] /[S ( t p+l)( t 2S+1)]令a=0.1有ao605-anyquist a=0.1o4o o o2 2 tn_KV AJEUaElL-535-2.-25o.(密|3)需更dBode DiagramGm = 16.5 dB (at 1.12 rad/s) , Pm = 19.9 deg (at 0.452 rad/s)500-50-100-90-1 35-1 BO-22510'2 10_1 10° 101 102 103Frequency (rad/s)截止。