2023年全國(guó)碩士研究生考試考研英語(yǔ)一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁(yè)
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文檔簡(jiǎn)介

1、<p><b>  目錄</b></p><p><b>  摘要- 1 -</b></p><p>  1超前校正的原理和方法- 2 -</p><p>  1.1超前校正的原理- 2 -</p><p>  1.2超前校正的應(yīng)用- 4 -</p><p>

2、;  2控制系統(tǒng)的超前校正設(shè)計(jì)- 5 -</p><p>  2.1初始態(tài)分析- 5 -</p><p>  2.2超前校正分析及校正- 8 -</p><p>  2.2.1校正裝置參數(shù)的選擇與計(jì)算- 8 -</p><p>  2.2.2校正后的驗(yàn)證- 10 -</p><p>  2.2.3校正對(duì)系統(tǒng)性

3、能改變的分析- 12 -</p><p>  3.總結(jié)- 14 -</p><p>  參考文獻(xiàn)- 15 -</p><p><b>  摘要</b></p><p>  用MATLAB進(jìn)行控制系統(tǒng)的超前校正設(shè)計(jì)是對(duì)所學(xué)的自動(dòng)控制原理的初步運(yùn)用。本課程設(shè)計(jì)先針對(duì)校正前系統(tǒng)的穩(wěn)定性能,用MATLAB畫(huà)出其根軌跡、奈奎

4、斯特曲線及伯德圖進(jìn)行分析,是否達(dá)到系統(tǒng)的要求,然后對(duì)校正裝置進(jìn)行參數(shù)的計(jì)算和選擇,串聯(lián)適當(dāng)?shù)某靶Ub置。最后用MATLAB對(duì)校正前后的系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析,校正后的系統(tǒng)是否達(dá)到要求,并計(jì)算其時(shí)域性能指標(biāo)。</p><p>  關(guān)鍵詞: 超前校正  根軌跡   伯德圖  仿真</p><p>  用MATLAB進(jìn)行

5、控制系統(tǒng)的超前校正設(shè)計(jì)</p><p>  1超前校正的原理和方法</p><p>  1.1超前校正的原理 </p><p>  所謂校正,就是在調(diào)整放大器增益后仍然不能全面滿足設(shè)計(jì)要求的性能指標(biāo)的情況下,加入一些參數(shù)可以根據(jù)需要而改變的機(jī)構(gòu)或裝置,使系統(tǒng)整個(gè)特性發(fā)生變化,達(dá)到設(shè)計(jì)要求。</p><p>  無(wú)源超前網(wǎng)絡(luò)的電路如圖1所示。&

6、lt;/p><p>  如果舒服信號(hào)源的內(nèi)阻為零,輸出端的負(fù)載阻抗視為無(wú)窮大,那么超前網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)可以表示為:</p><p><b>  上式中,,</b></p><p>  通常情況下,a為分度系數(shù),T為時(shí)間常數(shù),根據(jù)式(2-1),當(dāng)我們采用無(wú)源超前網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行串聯(lián)校正的時(shí)候,整個(gè)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益會(huì)下降a倍,所以需要提高放大器的增益來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償。&

7、lt;/p><p>  圖1 無(wú)源超前網(wǎng)絡(luò)電路圖</p><p>  同時(shí),根據(jù)上式,我們可以得到無(wú)源超前網(wǎng)絡(luò)的對(duì)數(shù)頻率特性。超前網(wǎng)絡(luò)對(duì)頻率在1/aT至1/T之間的信號(hào)有這明顯的微分作用,在該頻率段內(nèi),輸出信號(hào)相角比輸入信號(hào)相角超前,這也即是超前校正網(wǎng)絡(luò)名稱(chēng)的由來(lái)。</p><p>  在最大超前角頻率處,具有最大超前角。</p><p><

8、;b>  超前網(wǎng)絡(luò)的相角為:</b></p><p>  將上式對(duì)求導(dǎo)并且令其為零,得到最大超前角頻率:</p><p>  將上上式代入上式,得最大超前角:</p><p><b>  同時(shí)還容易得到。</b></p><p>  最大超前角僅僅與衰減因子a有關(guān),a值越大,超前網(wǎng)絡(luò)的微分效果越強(qiáng)。但是

9、a的最大值還受到超前網(wǎng)絡(luò)物理結(jié)構(gòu)的制約,通常情況下,a取為20左右,這也就意味著超前網(wǎng)絡(luò)可以產(chǎn)生的最大相位超前約為65°,如果所需要的大于65°的相位超前角,那么就可以采用兩個(gè)超前校正網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)實(shí)現(xiàn),并且在串聯(lián)的兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間加入隔離放大器,借以消除它們之間的負(fù)載效應(yīng)。</p><p>  所以通過(guò)以上的分析發(fā)現(xiàn),利用超前網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行串聯(lián)校正的基本原理,是利用超前網(wǎng)絡(luò)的相角超前特性。只要正確的將超前網(wǎng)

10、絡(luò)的交接頻率1/aT或1/T選在待校正系統(tǒng)截止頻率的兩旁,并適當(dāng)?shù)倪x擇參數(shù)a和T,就可以使已校正系統(tǒng)的截止頻率和相角裕度滿足性能指標(biāo)的要求,從而改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能,使校正后的系統(tǒng)具有以下特點(diǎn):</p><p>  低頻段的增益滿足穩(wěn)態(tài)精度的要求;</p><p>  中頻段對(duì)數(shù)幅頻特性的斜率為-20db/dec,并且具有較寬頻帶,使系統(tǒng)具有滿足的動(dòng)態(tài)性能;</p><p

11、>  高頻段要求幅值迅速衰減,以減少噪聲的影響。</p><p>  1.2超前校正的應(yīng)用</p><p>  系統(tǒng)的閉環(huán)穩(wěn)態(tài)性能要求,可通過(guò)選擇已校正系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益來(lái)保證。用頻域法設(shè)計(jì)無(wú)源超前網(wǎng)絡(luò)的步驟如下:</p><p>  根據(jù)穩(wěn)態(tài)誤差要求,確定開(kāi)環(huán)增益K;</p><p>  利用已確定的開(kāi)環(huán)增益,計(jì)算待校正系統(tǒng)的相角裕度;&

12、lt;/p><p>  根據(jù)截止頻率的要求,計(jì)算a和T。令,以保證系統(tǒng)的響應(yīng)速度,并充分利用網(wǎng)絡(luò)的相角超前特性。顯然,成立的條件是:</p><p><b>  ; </b></p><p><b> ??;</b></p><p>  根據(jù)上式不難求出a值,然后由式(2-3)確定參數(shù)T。</p

13、><p>  驗(yàn)算已校正系統(tǒng)的相角裕度。驗(yàn)算時(shí),由式上式求得,再由已知的算出待校正系統(tǒng)在時(shí)的相角裕度。最后,按照下式計(jì)算,</p><p>  如果驗(yàn)算結(jié)果不滿足指標(biāo)要求,說(shuō)明需要重新選擇,一般情況下是使增大,然后重復(fù)上述步驟。</p><p>  2控制系統(tǒng)的超前校正設(shè)計(jì)</p><p><b>  2.1初始態(tài)分析</b>

14、;</p><p>  本次課程設(shè)計(jì)的初始條件為用MATLAB進(jìn)行控制系統(tǒng)的超前校正設(shè)計(jì),已知一單位反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)是:</p><p>  要求系統(tǒng)跟隨2r/min的斜坡輸入產(chǎn)生的最大穩(wěn)態(tài)誤差為2°,。</p><p>  由本次課程設(shè)計(jì)要求,首先根據(jù)已知條件調(diào)整開(kāi)環(huán)增益。</p><p>  因?yàn)轭}目要求在2r/min的斜

15、坡輸入下,所以R=12</p><p><b>  又因?yàn)?lt;/b></p><p>  因此,選取K=6(rad)-1 ,則待校正的系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為</p><p>  上式為最小相位系統(tǒng),用MATLAB畫(huà)出系統(tǒng)的伯德圖,相應(yīng)程序?yàn)椋?lt;/p><p><b>  num=[6];</b><

16、/p><p>  den=[0.025,0.55,1,0];</p><p>  bode(num,den)</p><p><b>  grid</b></p><p>  得到的圖形如圖2所示,</p><p>  圖2校正前的系統(tǒng)伯德圖</p><p>  然后應(yīng)用MAT

17、LAB求校正前的相角裕度和幅值裕度,相應(yīng)程序?yàn)椋?lt;/p><p><b>  num=[6];</b></p><p>  den=[0.025,0.55,1,0]</p><p>  sys=tf(num,den)</p><p>  margin(sys)</p><p>  [gm,pm,w

18、g,wp]=margin(sys)</p><p>  得到的圖形如圖3所示,</p><p>  圖3 校正前系統(tǒng)的裕度圖</p><p><b>  由上圖可得:</b></p><p>  相角裕度=23.3deg</p><p>  截止頻率=3.17r/s</p><

19、p>  幅值裕度=11.3dB </p><p>  用MATLAB畫(huà)出其根軌跡,相應(yīng)的程序段為:</p><p><b>  num=[6];</b></p><p>  den=[0.025,0.55,1,0];</p><p>  rlocus(num,den);</p><p>&l

20、t;b>  Title()</b></p><p>  得到如圖4所示根軌跡,</p><p>  圖4 校正前的系統(tǒng)根軌跡圖</p><p>  2.2超前校正分析及校正</p><p>  2.2.1校正裝置參數(shù)的選擇與計(jì)算</p><p>  對(duì)于本題目系統(tǒng),試選取,可得:</p>

21、<p><b>  由,</b></p><p><b>  解得a=2.3</b></p><p><b>  由,</b></p><p>  解得 T=0.165S</p><p>  因此超前傳遞函數(shù)為:</p><p>  為了補(bǔ)償

22、無(wú)源超前網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的增益衰減,放大器的增益需提高2.3倍,否則將不能保證穩(wěn)態(tài)誤差要求。</p><p>  超前網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)確定后,已校正系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為:</p><p>  顯然,已校正系統(tǒng)的=4rad/s,算得待校正系統(tǒng)的,而由式(2-4)得:</p><p><b>  °</b></p><p>  

23、故已校正系統(tǒng)的相角裕度為:</p><p><b>  °</b></p><p>  發(fā)現(xiàn)不滿足要求,說(shuō)明取得還不夠大,試取=4.5rad/s,同上可得</p><p><b>  解得:</b></p><p><b>  a=3.6</b></p>

24、<p><b>  T=0.117</b></p><p>  因此,此時(shí)超前傳遞函數(shù)為:</p><p>  為了補(bǔ)償無(wú)源超前網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的增益衰減,放大器的增益需提高3.6倍,否則不能保證穩(wěn)態(tài)誤差要求。</p><p>  確定參數(shù)后,已校正系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為:</p><p>  所以,已校正系統(tǒng)

25、6;,,從而得到:</p><p>  而由式(2-4)可算出°,故已校正系統(tǒng)的相角裕度為:</p><p><b>  °>°</b></p><p>  可見(jiàn),其滿足系統(tǒng)跟隨2r/min的斜坡輸入產(chǎn)生的最大穩(wěn)態(tài)誤差為2°,的題目要求。</p><p>  2.2.2校正后

26、的驗(yàn)證</p><p>  以下,應(yīng)用MATLAB軟件來(lái)對(duì)所設(shè)計(jì)的超前校正裝置參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證。</p><p><b>  程序?yàn)椋?lt;/b></p><p>  num=[2.526,6];</p><p>  dun=[0.003,0.09,0.667,1,0];</p><p>  sys=tf

27、[num,den];</p><p>  margin(sys)</p><p>  [gm,pm,wg,wp]=margin(sys)</p><p>  得到的圖形如圖5所示,</p><p>  圖5 校正后系統(tǒng)的裕度圖</p><p>  相角裕度:=45.3deg;</p><p> 

28、 截止頻率:=4.52rad/s;</p><p>  幅值裕度:=14.2dB</p><p><b>  滿足要求。</b></p><p>  用MATLAB畫(huà)出其伯德圖</p><p><b>  程序?yàn)椋?lt;/b></p><p>  num=[2.526,6];&l

29、t;/p><p>  den=[0.003,0.09,0.667,1,0];</p><p>  bode(num,den);</p><p><b>  grid</b></p><p>  得到如圖6所示圖形,</p><p>  圖6 校正后系統(tǒng)的伯德圖</p><p>

30、  用MATLAB畫(huà)出校正后的根軌跡,</p><p><b>  程序?yàn)椋?lt;/b></p><p>  num=[2.526,6];</p><p>  den=[0.003,0.09,0.667,1,0];</p><p>  rlocus(num,den);</p><p><b>

31、;  Title()</b></p><p>  所得圖形如圖7所示,</p><p>  圖7 校正后系統(tǒng)的根軌跡圖</p><p>  2.2.3校正對(duì)系統(tǒng)性能改變的分析</p><p>  用MATLAB畫(huà)出校正前后系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)。</p><p><b>  程序?yàn)椋?lt;/b>

32、;</p><p><b>  num1=[6];</b></p><p>  den1=[0.025,0.55,1,0];</p><p>  num3=[2.526,6];</p><p>  den3=[0.003,0.09,0.667,1,0];</p><p>  t=[0;0.25;5

33、]</p><p>  [numc1,denc1]=cloop(numc1,denc1)</p><p>  y1=step(numc1,denc1,t)</p><p>  [numc3,denc3]=cloop(numc3,denc3)</p><p>  y3=step(numc3,denc3,t)</p><p&g

34、t;  plot(t,[y1,y3]);</p><p><b>  grid</b></p><p><b>  gtext()</b></p><p><b>  gtext()</b></p><p>  得到的圖形如圖8所示,</p><p> 

35、 圖8 系統(tǒng)校正前后的單位階躍響應(yīng)圖</p><p>  由上圖可以明顯的得出以下結(jié)論:</p><p>  加入超前校正裝置后,校正后系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間大大減小,這在一定程度上提升了系統(tǒng)的響應(yīng)速度;</p><p>  校正后系統(tǒng)的超調(diào)量明顯減少,阻尼比增大,動(dòng)態(tài)性能得到改善。</p><p>  校正后系統(tǒng)的上升時(shí)間減少很多,從而也在一定程度

36、上提升了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。</p><p>  所以,綜合以上,可見(jiàn)串聯(lián)超前校正裝置后,明顯的提升了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo),增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。</p><p><b>  3.總結(jié)</b></p><p>  轉(zhuǎn)眼間,一個(gè)多星期過(guò)去了,而在這一個(gè)多星期內(nèi),我們完成了兩個(gè)課程設(shè)計(jì),時(shí)間顯得多多少少有些緊湊,當(dāng)然,這也許是這個(gè)學(xué)期過(guò)得最充實(shí)的一個(gè)星期了

37、。做課程設(shè)計(jì)不再像平時(shí)作業(yè)上解一個(gè)問(wèn)題那么簡(jiǎn)單,平時(shí)你只需要結(jié)果正確基本就沒(méi)多大問(wèn)題,然而課程設(shè)計(jì)你卻需要全方面的考慮問(wèn)題,而你得到結(jié)果的途徑又是多手段的,但是無(wú)論哪種途徑你都要清楚每一步步驟。這次課程設(shè)計(jì)既可以看做是對(duì)以往知識(shí)的總結(jié)與回顧,又可以看做是在學(xué)習(xí)新的知識(shí),因?yàn)檫@里面有需要學(xué)習(xí)的新內(nèi)容。</p><p>  首先拿到題目以后當(dāng)然是要對(duì)課本知識(shí)的再學(xué)習(xí)和更深刻的理解,和做題目不一樣,在做課設(shè)時(shí)需要全方面

38、的考慮問(wèn)題,而不是單純的算出一個(gè)結(jié)果,雖然自控實(shí)驗(yàn)我們也做完了,但是我感覺(jué)僅僅是靠平時(shí)在課堂和做實(shí)驗(yàn)時(shí)學(xué)到的東西還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,特別是對(duì)于這個(gè)題目需要應(yīng)用MATLAB進(jìn)行仿真,雖然以前有接觸過(guò)MATLAB,但是時(shí)間一長(zhǎng)基本都已經(jīng)忘記了,又要開(kāi)始重新學(xué)習(xí),這顯然是一個(gè)很痛苦的過(guò)程。雖說(shuō)這個(gè)過(guò)程并不算是多么的漫長(zhǎng)或艱難,但是這種經(jīng)歷確實(shí)能讓我們養(yǎng)成一種不斷探索的科學(xué)研究精神,我想對(duì)于工科學(xué)生這個(gè)是很重要的。我想課程設(shè)計(jì)很大的一方面原因也是為

39、了提高我們的自學(xué)意識(shí)和自學(xué)能力,通過(guò)這次課設(shè),我感覺(jué)自己的自學(xué)能力和查閱資料的能力確實(shí)得到了提高,上網(wǎng)搜索確實(shí)方便快捷,但是圖書(shū)館的珍藏書(shū)籍也是必不可少的,當(dāng)然,請(qǐng)教一些知識(shí)豐富的同學(xué)或者老師更會(huì)讓你事半功倍。</p><p>  通過(guò)本次課程設(shè)計(jì),不但學(xué)習(xí)鞏固了自控方面的相關(guān)知識(shí),而且還學(xué)會(huì)一些新的知識(shí),激發(fā)了自己的對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)興趣,對(duì)更深層次的知識(shí)也有了更高的探索欲望。</p><p&

40、gt;<b>  參考文獻(xiàn)</b></p><p>  [1] 胡壽松 .自動(dòng)控制原理(第四版).北京:科學(xué)出版社,2002</p><p>  [2] 王萬(wàn)良 .自動(dòng)控制原理.北京:科學(xué)出版社,2001</p><p>  [3] 黃堅(jiān) .自動(dòng)控制原理及其應(yīng)用.高等教育出版社,2004</p><p>  [4] 鄒伯

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