基于根轨迹的二阶系统并联校正设计及仿真研究毕业设计论文(编辑修改稿)

基于根轨迹的二阶系统并联校正设计及仿真研究毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

... 27 三、校正后根轨迹图 ...................................................................................................... 28 第五章 系统模拟 ........................................................................................................................ 29 第一节 MATLAB 介绍 ....................................................................................................... 29 第二节 SIMULINK ............................................................................................................. 29 第三节 原系统的物理模拟 ................................................................................................. 30 结 论 ............................................................................................................................................ 34 致 谢 ............................................................................................................................................ 35 参考文献 ........................................................................................................................................ 36 附 录 ............................................................................................................................................ 38 一、英文原文 ............................................................................................................................ 37 二、英文翻译 ............................................................................................................................ 41 重庆邮电大学移通学院毕业设计（论文） 1 前 言 在控制系统校正中，通常在各个闭环的前向通道入口处串入调节器，对给定信号和反馈信号的差值进行变换处理，称为串联校正。 串联校正提高系统的精度，使系统更平稳，它实际上是通过零、极点对消和调整开环 放大系数的方法，将系统或其内环校正为具有预期开环传函的典型系统。 选择典型系统的方法很多，目前应用最广的是基子“振荡指标法”的典型 Ⅰ 型系统和典型Ⅱ型系统，对于多环控制系统，内环的主要矛盾是快速性和平稳性，通常校正为典型Ⅰ型系统；外环的主要矛盾是跟踪性和抗扰性，通常校正为Ⅱ型系统。 然而，在实际系统中，由于工程设计的近似处理、参数的变化及非线性的影响，仅仅按上述方法进行串联校正，效果往往并不理想，外环尤其如此。 为了进一步改善系统的性能，常常需在串联校正的基础上再引入并联校正，即采用串一并联校正，并联校正是利用被控 量或某些便于测量的中间变量作为反馈信号，通过反馈校正网络来实现的，并联校正为被控量的微分负反馈校正在工程设计中使用最多。 串联校正的结构比并联校正简单，多采用有源校正网络构成，容易对信号进行各种必要的变换。 其他元件参数不稳定，会影响到串联校正的效果，要对系统元件特性的稳定性提出较高的要求，在通常使用时。 保证低频段满足稳态误差，改善中频段，使截止频率增大，相角裕度增大，动态性能提高，高频段提高，使其抗噪声干扰能力减小。 并联校一般是由一些繁琐、昂贵、庞大的部件所构成，如测速发电机，电流互感器就是常用的并联校正 装置。 并联校正装置的设计比较繁琐，并联校正中对系统的各个元件的稳定性要求较低，不需要采用有源元件。 由于并联校正频率特性的精确计算十分复杂，工程上通常采用近似处理方法，目前多变量系统的综合，引起了人们的注意，人们一般重研究用串联环节改善系统的品质，但从工程实践来看，采用并联校正往往更为有利，本文从并联校正讨论。 重庆邮电大学移通学院毕业设计（论文） 2 第一章 概述系统 第一节 关于自动控制的发展史 自动控制所经三个不同阶段。 即经典、现代、智能控制理论。 第一阶段：经典控制（形成于 50 年代）。 在古代，古人发明的指南车就应用了反馈原理。 James Watt 蒸汽机离心飞锤式调速器。 Nyquist 于 1932 年提出稳定性的频率判据。 Bode于 1945 年写《网络分析和反馈放大器设计》。 Harris 于 1942 年引出传递函数概念。 Evans于 1948 年提出了系统的根轨迹分析法，进一步完善了频域分析法。 钱学森于 1954 年出版了《工程控制论》，全面总结了经典控制理论，经典理论成熟的标志。 第二阶段：现代控制（ 50、 60 年代）。 本质是一种时域法，由三部分组成：多变量线性系统、最优控制、最优估计与系统辨识理论。 现代控制理论解决了系统的可控性、可观性、稳定性等诸多问题。 极大值原理创立于 1959 年，滤波器理论被提出。 卡尔曼于 1960年对系统采用状态方程描述方法，提出了系统的能控性。 第三阶段：智能控制理论阶段（ 60 年代中期萌芽）。 美籍华人博京孙教授于 20 世纪 70那年代提出智能控制，是指驱动智能机器自主的实现其目标的过程，核心是高层控制主要以时域法为主。 美国的 于 1977 年将二元结构扩为三元结构，中南工业大学蔡自兴将三元结构扩为四元结构。 本文采用根轨迹法进行分析校正，根轨迹法是一种简单的求特征的方法。 第二节 简介系统 一 、 系统的物理模型结构图 fR 为线性滑动电位器，可调范围为 140010 10RR  设计过程中忽略各种干扰，如：运算放大器的零点漂移、环节间的负载效应、外界强电力设备产生的电磁干扰等。 重庆邮电大学移通学院毕业设计（论文） 3 图 二阶系统结构框图 毕业设计任务资料 二 、 给定系统环节的介绍 图中第一是比例环节：能按一定比例放大输入量，以驱动后续环节的运行；第二个是积分环节，能使系统的跟踪能力增强；积分环节 当输入信号为零时，输出信号才保持不变，而且能保持在任何位置。 系统中，消除被控量偏差，引用积分环节可。 第三个是惯性环节，由于惯性环节系统的阻力，刚开始输出并不与输入同步按比例变化，当过渡过程结束 ,输出才能与输出保持比例，保证了控制过程作无差控制。 自动控制领域中，按照一定规律组成的内部互相联系的部件，这就是系统。 能够完成一定功能。 系统控制两种基本的形式为开环控制和闭环控制。 图 开环控制系统 有一条从输入端到输出端前向通路，还另有一条从输出端到输入端反馈通路，这就是闭环控制系统的特点。 图 闭环控制系统 Rf R0 A C1 R0 A A C2 R0 R2 Rc r y 控制器 受控对象 控制器 受控对象 反馈元件 重庆邮电大学移通学院毕业设计（论文） 4 第三节 系统设计的要求 自动控制系统基本的要求是：系统运行是稳定的，并保证满足精度要求、规定的性能指标。 按系统的给定值，可将自动控制系统分三大类：定值控制系统、随动控制系统和程序控制系统。 系统的目的是使所控制的工艺参数准确快速的跟随给定值变化（给定值随机变化）。 特点：设定值为一个未知的变化量的闭环控制系统，作用为以一定的精度跟随设定值变化变化。 自动控制目的：将被控变量保持在一个不变的给定值上，只当进入被控对象的物料量（或能量）和流出对象的物料 量（或能量）相同才有可能。 静态被控变量不随时间而变化。 整个系统处于相对稳定平衡的状态 ,当系统的输入和给定干扰和输出均恒定时。 变送器、控制器、控制阀各个组成环节不改变系统的原先状态。 静态就是 输出信号都处于相对静止状态。 干扰作用破坏静态平衡，而经控制，直到系统重新平衡。 动态就是一段时间当中，各个环节和信号处于变动状态之内整个系统的。 自动化工作中，了解系统静态是必要的，但是系统动态更为重要。 在生产过程中，干扰是客观存在的不可避免的，则需要通过自动化装置不断地施加控制作用，去对抗或抵消干扰作用影响。 系统在过渡 过程中，随时间变化的是被控变量。 取决于作用系统干扰的形式，被控变量随时间变化的规律。 在生产中干扰是没有固定形式出现，多半属于随机的。 在此取衰减振荡的过程，形式讨论控制系统品质的指标。 时间域单项的指标，还有一类是时间域综合的指标，控制指标主要分为这两类。 最大偏差是指在过渡过程中，被控变量偏离给定值最大的数值。 第一个波的峰值就是最大偏差在衰减振荡过程中。 特别是对于些有约束条件的系统，对最大偏差的允许有所限制。 一、 系统基本指标 btatr )( （其中 5。 1/ secab ） (  )的前提下 ，要求动态期望指标 % 5 %。 5 se cpst 。 重庆邮电大学移通学院毕业设计（论文） 5 第二章 系统的建模 第一节 各环节建模与分析 一 、 了解各环节 首先一个比较环节，是输入信号与由输出反馈回信号进行比较，以改善放大器静态和动态的性能；第二是比例环节，比较环节能够按一定的比例放大 输入量，以驱动后续环节运行；第三个是积分环节，可使系统的跟踪能力增强，积分环节是当输入信号为零，输出信号才保持不变，而且能保持在任何位置。 在控制系统中，引用积分环节可消除被控量的偏差。 第四个是惯性环节，由于惯性环节系统阻力，刚开始输出并不与输入同步按比例变化，当过渡过程结束 ,输出才能与输出保持比例，保证了控制过程作无差控制。 第五个是反馈环节，由输入与输出在广义上是否相等调节系统使之误差减小。 二 、 比较器分析 比较器的作用： 偏差检测产生控制作用在系统输入端，或许是装置也可能是一种线路连接。 体现了系统的快速性 、平稳性；对二阶系统而言， K 越大，快速性越好，平稳性越差。 数学模型： ( ) ( ) ( )U s r s y s 结构框图： 图 比较器 结构图 重庆邮电大学移通学院毕业设计（论文） 6 三 、 比例环节分析 输入： 0()Us； 输出： 1()Us； 具有比例运算关系的元部件称为比例环节， fR 为线性滑动电位器，可调试的范围为：140010 ~10RR。 比例环节作用：比例和偏差成正比，决定系统响应速，比例调节规律在时间上没延迟，不失真，比例度越小调节越强，会引起振荡当调节作用太强，又起不到应有的调节作用当调节作用太小。 比例环节是具有比例运算关系的元部件。 线性滑动电位器为 fR。 比例积分的特点：输出不失真，不延迟，成比例的复现输入信号的变 化 传递函数为：1 0fRG R负号为极性 传递函数为： 010()() () fI RUsG s kU s R    负号为极性 用框图表示为： 图 比例环节结构框图 物理模拟结构： 图 比例环节物理结构图 Rf R0 A 重庆邮电大学移通学院毕业设计（论文） 7 四、积分环节分析 输入： ()aUs； 输出： ()bUs； 积分的作用： 提高系统的的跟踪能力 ,积分环节符合积分关系的环节。 减小偏差、 减小震荡、使系统更稳定， 积分后使系统达到稳定后没有静差； 消除静差的时间同时 也 延长 了。 数学模型：0111() bbaUGs U R C s s     结构框图： 图 积分环节结构框图 物理模拟结构：。