直流电机PI控制器设计与稳态性能分析
23页1、学 号: 课 程 设 计题 目直流电机PI控制器设计与稳态性能分析 学 院自动化学院专 业自动化班 级自动化1101班姓 名温志伟指导教师谭思云2013年12月27日 课程设计任务书学生姓名: 温志伟 专业班级: 自动化1101班 指导教师: 谭思云 工作单位: 自动化学院 题 目: 直流电机PI控制器设计与稳态性能分析 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,为电枢电压,W为负载转矩。令电枢电压由PI控制律求取,PI表达式为:,其中e=r-y。Gc(s)300RYe+-+1200W-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va和W为输入的直流电机系统微分方程;(2) 试求kP和kI的值,使闭环系统的特征方程的根包括;(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验证你的上述答案,并给出系统响应曲线;(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
2、式按照教务处标准书写。时间安排:(1) 课程设计任务书的布置,讲解 (半天)(2) 根据任务书的要求进行设计构思。(半天)(3) 熟悉MATLAB中的相关工具(一天)(4) 系统设计与仿真分析。(三天)(5) 撰写说明书。 (二天)(6) 课程设计答辩(半天)指导教师签名: 年 月 日系主任(或责任教师)签名: 年 月 日目 录摘 要11 设计意义及要求11.1 设计意义11.2 设计要求12 设计原理32.1 PI校正控制原理32.2 叠加原理33 主要任务53.1 写控制系统微分方程53.2 求Kp和KI的值53.3 计算稳态误差63.3.1单位阶跃参考输入时系统稳态误差63.3.2单位斜坡参考输入时系统稳态误差63.3.3单位阶跃扰动输入时系统稳态误差73.3.4单位斜坡扰动输入时系统稳态误差73.4 验证程序和图形83.4.1单位阶跃参考输入时系统响应83.4.2单位斜坡参考输入时系统响应103.4.3单位阶跃扰动输入时系统响应123.4.4单位斜坡扰动输入时系统响应144 体会和总结17参考文献18摘 要关键词:直流电机系统、系统误差分析、Matlab、Simulink仿真自
3、动控制技术已经广泛应用于工农业生产、交通运输和国防建设的各个领域。自动控制技术以控制理论为基础,以计算机为手段,解决了一系列高科技难题,诸如宇宙航行、航空航天工程、导弹制导与导弹防御体系等领域的一些高精度控制问题等,在科学技术现代化的发展与创新过程中正发挥着越来越重要的作用。计算机技术和信息技术的迅速发展,加快了社会信息化的进程,拓宽了自动化专业的发展空间。针对以上方面,我们这次的课程设计主要是针对系统误差进行分析,深学生对相关课程基础知识与基本理论的理解和掌握,培养学生综合运用所学知识的能力,并增强解决实际问题的能力。增强理论分析、设计计算、制图标准与规范、查阅设计手册与资料的能力,同时加强我们的计算机的应用能力。掌握用MATLAB软件来对原理图进行仿真进行辅助分析。 此次课程设计要求综合运用所学自控原理理论知识,是自动控制原理和MATLAB软件的综合运用,需要灵活运用所学知识,根据设计要求,来达到分析原理、参数计算等目的。1 设计意义及要求1.1 设计意义自动控制原理课程是一门理论性和工程实践性均较强的专业基础课,它在航天、农业、交通、电气、机械制造等工程学科中都有非常广泛、重要的
4、应用。学校安排了这次的自动控制课程设计,目的在与让学生综合运用所学的知识,培养学生对控制系统的分析设计能力和创新能力,更好地锻炼学生的创新思维和设计能力。1.2 设计要求D200RYe+-+1200W-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,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:,其中e=r-y。直流电机控制系统的方框图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va和W为输入的直流电机系统微分方程;(2) 试求kP和kI的值,使闭环系统的特征方程的根包括;(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验证上述答案,并给出系统响应曲线;(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。2 设计原理2.1 PI校正控制原理比例积分控制规律的控制器,称PI控制器(如下图所示),其输出m(t)式中为可调比例系数;为可
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