高速列车倾斜控制系统分析与综合设计.docx

吐方民族大学实制辍告系（部、中心）电气信息工程学院姓名学号专业自动化班级同组人员课程名称控制系统仿真与设计综合实训实训题目名称高速列车倾斜控制系统分析与综合设计起止时间成绩指导教师签名北方民族大学教务处制一、引言1二、校正前系统性能分析22.1 稳态性能22.2 动态性能8三、校准装置设计93.1 控制系统类型分类93.2 系统建模113.3 频域法进行校正13四、校正后系统性能分析144.1 运用matlab进行时域仿真144.2 运用matlab进行频域仿真144.3 时域性能结果154.4 频域性能结果16五、设计总结及心得体会185.1 设计总结185.2 心得体会18六、参考文献19引言在控制技术的应用与研究中，会遇到两类问题。一类是己知一个确定的控制系统，需要对它的工作特性进行了解，解决这类问题的过程称为控制系统分析。另一类问题是根据应用需要，先确定控制系统的性能指标，要求设计出一个能达到性能要求的控制系统，解决这类问题的过程称为控制系统的设计或综合MAT1.AB是一个包含大量计算算法的集合。其拥有6D多个工程中要用到的数学运算函数，可以方便的实现用户所需的各种计算功能。函数中所使用的算法都是科研和工程计算中的最新研究成果，而前经过了各种优化和容错处理。在通常情况下，可以用它来代替底层编程语言，如C和C+。在计算要求相同的情况下，使用MAT1.AB的编程工作量会大大减少。MAT1.AB的这些函数集包括从最简单最基本的函数到诸如矩阵，特征向量、快速傅立叶变换的复杂函数。函数所能解决的问题其大致包括矩阵运算和线性方程组的求解、微分方程及偏微分方程的组的求解、符号运算、傅立叶变换和数据的统计分析、工程中的优化问题、稀疏矩阵运算、复数的各种运算、三角函数和其他初等数学运算、多维数组操作以及建模动态仿真等。本次课程设计，要求在掌握自动控制理论基本原理，一般电学系统自动控制方法的基础上，用MAT1.AB实现系统的仿真与调试。此次课程设计就是利用MAT1.AB对一单位反馈系统进超前校正通过运用MAT1.AB的相关功能，绘制系统校正前后的伯德图、和阶跃响应曲线，并计算校正后系统的时域、频域性能指标。关键字：超前校正MATA1.AB伯德图2校正前系统性能分析2.1稳态性能分析(1)稳定性分析由上式得：G(三)=12S(S+Io)(S+50)G(三)=12S3+60s2+500S+12)由上式得到特征方程特征方程：S3+60s2+500S+12=0列出劳斯表劳斯表:s315000S260120S499.5S012根据劳斯稳定判据,由于劳斯表中第一列的系数均为正值，故系统稳定在MAT1.AB中编写下面程序得到伯德图num=12;den=l605000;W=IOgSPaCe(-2,3,100)；bode(num,den,w);50BodeDiagrammp)8pn-三ew(68P)Seqd-2701.一-一"T*d10210110°W1102103Frequency(rads)图1校正前系统伯德图2.2动态性能分析Simulink仿真系统框图StepReadyOfTseteOT三1000.000FileToolsViewSimulationHelp-9>-i-ES-至扇|图3未校正阶跃响应由单位阶跃响应曲线图可知该系统无超调量Mp,调整时间t(三)大于0.5S,故原系统性能不满足题目要求，需要对系统进行校正。3校准装置设计3控制系统类型分类采用串联超前校正通过加入超前校正环节。串联校正装置可设计成相位超前校正、相位迟后校正和和相位迟后超前校正形式。超前校正为满足控制系统的静态性能要求，最直接的方法是增大控制系统的开环增益，但当增益增大到一定数值时，系统有可能变为不稳定，或即使能稳定，其动态性能一般也不会理想。为此，需在系统的前向通道中加一超前校正装置，以实现在开环增益不变的前提下,系统的动态性能亦能满足设计的要求。超前校正利用其相位超前特性来增大系统的相位裕度，改变系统的开环频率特性。一般使校正环节的最大相位超前角出现在系统新的穿越频率点。超前校正的特点：增益和阶次未改变，稳态精度变化不大，加快了系统的响应速度，即改善系统的瞬态性能。3.2 系统建模K(三)C(53.3 频域法进行校正基于超前校正装置的传递函数为GC(三)=Kca1+TS1+TS=K1+aTS1+aTS则校正后系统的开环传递函数为GC(三)G(三)。令12KG。(三)=KG(三)=s(s+MG+50)式中，K=Kca,调整增益K,使之满足对心的要求。即尤嗯SG(三)=兼6.7由此可得K=鬻=279.16。G(Js)=279.16×127(j+l)(7+5)T=0.15l-sin0l+sin0=0.53GC(三)=2796三aT=0.08校正装置在MAT1.AB上编写下面程序num=41.874279.16;den=0.081w=logspace(-23100);bode(num,den,w);BodeDiagramFrequency(rads)56545250p)-gn三晏482015105(63P)SEd4、校正后系统性能分析4.2运用matlab进行时域仿真Simulink仿真系统框图和单位阶跃响应曲线7_»O.I5).O8u÷1?»(3350)-!J<j+1/0.08)*<j+10)(j+50)0ScopeEiieloots5ewEmulationHdPSwptetesedT=WOOO图6校正后单位阶跃响应由上图可知当A=O.02时t(三)=0.45s<0.5s满足设计要求4.2 运用matlab进行频域仿真num=502.53350den=0.085.81005000W=IOgSPaCe(-2,3,100)bode(num,den,w)BodeDiagramW110°101102103Freauencv(rads)图8校正后相位裕量y=65°4.3 时域性能结果1.1.由时域响应图可得Kv=IimsG(三)=6.7ess=14.9%<15%STO5006.7由上可知校正后稳态误差符合要求2 .由阶跃信号曲线如图知c(tp)=1.033；c()=lMP=山怒巴=(1.033-l)%=3.3%<5%超调量满足要求3 .由图6单位阶跃响应可知当A=O.02t(三)=0.45<0.5调节时间变快且满足要求由上可知校正后响应速度变快五、设计总结及心得体会本次自动控制原理课程设计，虽然是在期末，时间上比较赶，并且因为之前没有接触过MAT1.AB需要自己自学来熟悉操作界面和编程，过程比较困难。我自主学习了超前校正和滞后校正的相关知识，并且通过查阅书本和相关资料来解决本次课程设计的问题。此次设计提高了我个人自主学习的能力，也让我认识到了沟通的重要性，与合作伙伴的合理沟通能大大提高解决问题的效率，相反如果同组之间的沟通出现问题各做各的，那样效率就会低很多，本次设计前期就是因为我们组员之间沟通有问题导致进度停滞，后期才解决这一问题。最后经过和组员们的合作探讨也完成了设计。课程设计的最后我对于MAT1.AB的使用也相较与以往更加的熟心应手。学会了用MAT1.AB来绘制伯德图，仿真系统框图，也加深了对校正网络设计的掌握,了解了一些计算机控制辅助系统设计方法。通过本次设计知道了串联超前校正对系统性能的调节作用，掌握了一些串联超前校正网络的设计方法，对于课本的知识也更加的熟练。这次的课程设计，不仅让我们更好的更深一步的了解MAT1.AB这个十分有用的软件，也能运用他对某一电路图进行仿真，与理论上相结合，从而进一步验证理论的正确性，也是理论运用于实践的很好的证明。与此同时，通过此次课程设计，加深了系统进行超前设计过程的理解，还掌握了用MAT1.AB编程计算系统时域性能指标和系统幅值裕量、相位裕量的方法。总而言之，这次的课程设计的确让我受益匪浅，还让我把许多新知识尽收囊中。六、参考文献参考文献【1】姜启源，谢金星，叶俊.数学模型（第三版）M.北京：高等教育出版社，2003.8.2孙亮，杨鹏.自动控制原理M.北京:北京工业大学出版社，1999.9.3孙亮.MAT1.AB语言与控制系统仿真M.北京：北京工业出版社，2002.7.4翁剑枫，叶志前.MAT1.AB1.abVIEWSystemView仿真分析基础M.北京：机械工业出版社,2005.1.5邹伯敏.自动控制原理M.北京：机械工业出版社，2019.7.