自动控制原理课程设计--电动车控制系统校正 - 图文

自动控制研究性教学 电动车车速控制系统校正

电动车车速控制系统校正

目 录

一、研究内容............................................................................................. 2 1、研究内容 ........................................................................................ 2 2、控制原理图 .................................................................................... 2 二、系统建模............................................................................................. 3 1、系统分析 ........................................................................................ 3 2、简化系统模型 ................................................................................ 3 三、时域分析............................................................................................. 4 1、稳定性分析 .................................................................................... 4 2、稳态误差分析 ................................................................................ 4 3、动态特性指标 ................................................................................ 5 4、调整系统 ........................................................................................ 6 四、根轨迹分析 ........................................................................................ 9 1、根轨迹............................................................................................. 9 2、系统特性分析 .............................................................................. 10 五、频域分析........................................................................................... 13 1、系统伯德图、奈奎斯特图 .......................................................... 13 2、系统性能分析 .............................................................................. 14 六、小组分工........................................................................................... 16

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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

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二、系统建模

1、系统分析

控制对象：直流电机 扰动量：电机的负载阻力转矩 输入量：电压U（转矩） 输出量：输出车速 n

2、简化系统模型

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：

R（s） C(s) G1(s G2(s G3(s G4(s -1

Wf(s R（s） C(s) Τ ○S+ 1/S K1/T1S+ K2/T2S+ -1 1 1 1 1 Wk=Kk(τ0S+1)/[s(τ1S+1)( τ2S+1)]

WB=Wk/(1+ Wk Wf)

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三、时域分析

取单位反馈，令τ0=0.5， τ1=1， τ2=4对系统进分析

1、稳定性分析

特征方程有：

τ1τ2S^3+(τ1+τ2)S^2+(τ0 Kk+1)S+ Kk = 0

S^3 4 0.5K+1 S^2 5 K S^1 1-0.3K 0 S^0 K 故开环增益 0< Kk＜3.333 2、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*t

eSS = a*0 + b/K + c*∞

由此可以得出，增大K或者提升系统的型别可以减少系统稳态误差

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3、动态特性指标

在Metlab中编程可得其性能参数

由此可知系统的 开环放大系数K k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。

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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[(τ0S+1)(aS+1)] /[S (τ1S+1)( τ2S+1)]

令a=0.5，特征方程有：

τ1τ2S^3+(τ1+τ2+τ0*a)S^2+((a+τ0 )Kk +1)S+ Kk = 0 S^3 4 K+1 S^2 5+0.25K K S^1 (0.25K^2+1.25K+5)/(5+0.25K) S^0 K

K可以使任意正数，系统都保持稳定。 稳态误差:

eSS = a*0 + b/K + c*∞

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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

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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。

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四、根轨迹分析

1、根轨迹

Wk=Kk(τ0S+1)/[s(τ1S+1)( τ2S+1)]

取单位反馈，令τ0=0.5， τ1=1， τ2=4对系统进分析

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[(τ0S+1)(aS+1)] /[S (τ1S+1)( τ2S+1)]

令a=0.5(两个零点重合)有

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阻尼比最小处：K=2.8795

-p1=-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

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/w2v8.html