转子滞后校正.doc

...大学

设计课题：转子绕线机控制系统设计
院系：电气与电子工程学院
姓名：.....
学号：......
班级：自动化1班
指导老师：..

基于滞后法校正法的转子绕线机控制
系统设计

...
（...大学自动化专业，湖北省，武汉市，430000）

摘要利用MATLAB软件的Simulink仿真平台，对转子绕线机控制系统进行数学建模和系统仿真，并结合Bode图进行分析研究，确定调节系统的控制器参数，从而获得理想的设计结果．通过对其进行仿真研究，验证了设计的可行性．
Abstract:Themini-computercontrolsystemisdevelopedmainlyforsmallerscaleindustryapplications.AdoptingtheembeddingsystemandModbusfieldbustechnology,opening
intelligentI/Omoduleandreal-timeon-linecontrolstrategy,thesystemhasflexiblecontrollingandhuman-machineinterface,betterreliabilityandstability,strongextensibilityandlowprice,etc.

关键字控制器；直流调速系统；串联滞后校正；Maltlab仿真；SimulinkBode图

1.引言
在现代化工业中，转子绕线机控制系统的应用日益广泛．转子绕线机控制系统调节器的控制功能是过直流调速系统来实现的．绕线机系统是一种特殊的直流调速系统．传统的PID直流调速系统L1]基本上由比例调节器、微分调节器和积分调节器组成．此次设计采用一种新的调节器，来完成该控制器数的调节和确定．采用Bode图法和Simulink系统仿真对系统的稳定性进行进一步的分析、判断，得到适当的控制器以实现转子绕线机的正常工作．

2.转子绕线机系统结构及设计要求
2.1设计内容
设计目标是用机器代替手工操作，为小型电机的转子缠绕铜线。每个小型电机都有3个独立的转子线圈，上面需要缠绕几百圈的铜线。绕线机用直流电机来缠绕铜线，它应该能快速准确地绕线，并使线圈连贯坚固。采用自动绕线机后，操作人员只需从事插入空的转子、按下启动按钮和取下绕线转子等简单操作。

图1绕线机控制系统

绕线机控制系统如图1所示，相应的控制系统的原理方块图如图2所示。
控制系统设计的具体目标是：使绕线速度和缠绕位置都具有很高的稳态精度。也就是使绕线机系统对斜坡输入有很高的稳态精度。

---

图2绕线机控制系统的原理方块图

该系统至少是个I型系统，它响应阶跃输入的稳态误差为零，系统对单位斜坡输入的稳态误差为：
其中
2.2设计的具体要求：
要求设计串联校正装置，使系统满足下述性能指标：
系统对斜坡输入响应的稳态误差小于10％，；
系统对阶跃输入的超调量在10％左右；
按2％准则的调节时间不超过3s。
3.设计的步骤：
绘制未校正系统的轨迹。
根据=0.59，=2.49确定预期主导极点的容许区域，并进一步在未校正系统的根轨迹上确定校正后的预期主导极点。
计算预期主导极点对应的根轨迹增益和未校正系统的速度误差系统K’v。
计算b=Kv/K’v,要求Kv>=10.
根据求得的b，配置滞后校正网络的零极点，使校正系统的根轨迹经过预期主导极点。
本例设计过程中，根据选定的预期主导极点，采用rlocfind函数计算根轨迹增益的取值，得到b=10；在配置滞后校正网络的零极点时，取z=-0.1，极点p=-0.01，以免明显改正系统的根轨迹。于是所设计的滞后校正网络为

4.系统仿真图：
系统对单位斜坡输入的稳态误差为：其中，要求稳态误差小于10％，故可得K1=500开环增益K=10。待校正系统的截止频率=7.07rad/s绘制k===500时未校正系统的Bode图，如图所示
K1=500;num=[1];
den=[1,15,50,0];
[num,den]=series(K1,1,num,den);
w=logspace(-1,2,200);
[mag,phase,w]=bode(num,den,w);
[Gm,Pm,Wcg,Wcp]=margin(mag,phase,w);
Phi=(60-Pm)*pi/180;
alpha=(1+sin(Phi))/(1-sin(Phi));
M=-10*log10(alpha)*ones(length(w),1);
[mag,phase,w]=bode(num,den,w);
semilogx(w,20*log10(mag),w,M,'--');
grid;

4.1系统未校正前根轨迹：
G0