哈工大威海计算机控制实验,哈工大(威海)计算机控制课设14..doc

《计算机控制》课程设计报告

题目: 串联校正控制器设计

姓名: 李冠成

学号: 130230214

2016年6月15日

《计算机控制》课程设计任务书

学 号

130230214

班 级

1302302

学 生

李冠成

指导教师

孟凡刚

题 目

串联校正控制器设计

设计时间

2016年 6 月 10 日 至 2016 年 6 月 17 日 共 1 周

设计要求

设计任务：

设单位反馈系统的开环传递函数为，用根轨迹法设计串联校正控制器，并采用模拟法设计数字控制器，使校正后的系统满足：最大超调量为16%，调整时间为2s。

方案设计：

完成控制系统的分析、设计；

选择元器件，完成电路设计，控制器采用MCS-51系列单片机(传感器、功率接口以及人机接口等可以暂不涉及)，使用Protel绘制原理图；

编程实现单片机上的控制算法。

报告内容：

控制系统仿真和设计步骤，应包含性能曲线、采样周期的选择、数字控制器的脉冲传递函数和差分方程；

元器件选型，电路设计，以及绘制的Protel原理图；

软件流程图，以及含有详细注释的源程序；

设计工作总结及心得体会；

列出所查阅的参考资料。

指导教师签字： 系(教研室)主任签字：

2016年 6 月 15日

一、控制系统的设计与仿真

1.1 实验具体步骤

确定期望主导极点。

由 QUOTE = 16%可得阻尼比 QUOTE 。

由 QUOTE 可得 QUOTE 。

因此期望主导极点为

QUOTE (1)

绘制未校正系统的根轨迹图(图1-1)、阶跃响应曲线(图1-2)

1-1 未校正根轨迹

MATLAB程序：

n1=[0 0 4];

n2=[1 2 0];

sys=tf(n1,n2);

rlocus(sys)

绘制其阶跃响应曲线(图1-2)

图1-2 未校正阶跃响应

图中，主导极点 QUOTE 的位置位于根轨迹左侧，如果依靠调节增益 QUOTE ，无法使根轨迹通过 QUOTE ，故采用超前校正方法。

MATLAB程序：

K=4;n1=1;

d1=conv([1 0],[1 2]);

G0=tf(K*n1,d1);

figure(1);G0=feedback(G0,1);step(G0)

(3)计算超前校正装置 QUOTE 应提供的相位超前角 QUOTE :

QUOTE (2)

(4)求 QUOTE 的零点和极点。因为 QUOTE ，所以 QUOTE 。按最大 QUOTE 法，可得 QUOTE 。

QUOTE (3)

校正后系统的开环传递函数

QUOTE (4)

式中，K=4 QUOTE 。

(5)根据根轨迹的幅值条件有

QUOTE (5)

求得 QUOTE

系统相应的开环传递函数为

QUOTE (6)

由此可作出校正后根轨迹(图1-3)

图1-3 校正后根轨迹

MATLAB程序：

n3=[0 0 15.279 15.279*2.625];

n4=[1 7.037 10.074 0];

Gc=tf(n3,n4);

rlocus(Gc)

校正后系统的闭环传递函数为

QUOTE (7)

式中， QUOTE ，此根可以根据根轨迹作图规则八求得。由于校正后闭环新增加的极点 与零点 相距很近，因此该极点对系统暂态响应的作用很小。做出其阶跃响应曲线如图1-4。

MATLAB程序：

n2=[3.8243 3.8243*2.625];d2=[1 5.035];Gc=tf(n2,d2);

G=G0*Gc;

figure(2);sys=feedback(G,1);step(sys)

图1-4 校正后阶跃响应

由图可知其超调量接近16%，调整时间接近2s，符合设计要求。

(6)由以上结果可得

控制器函数为:

QUOTE (8)

校正后开环传