自动控制原理
- 格式：pdf
- 大小：458.08 KB
- 文档页数：9
《自动控制原理》课程设计 摘要 本文介绍了基本的水位控制系统，在水位控制系统中，水槽是常见的水位控制系统的被控对象。所以又主要针对了双容水槽的数学模型进行了基本参数设定及求其传递函数，微分方程，校正与仿真。
关键词：
校正，水位控制，根轨迹法 设计目的
通过课程设计，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MATLAB实现系统的仿真与调试。要求根据所学控制理论知识，用根轨迹法进行人工设计校正装置，初步设计出
校正装置传递函数形式及参数。要求在MATLAB下，用simulink进行状态仿真，在计算机上对人工设计系统进行仿真调试，使其满足技术
要求；确定校正装置的电路形式及电路参数；完成设计报告。 题目设计要求
饲养场水槽水位控制系统校正装置设计
已知饲养场水槽水位控制为单位反馈控制系统，其开环传递函数为)2()(ssKsGK，用根轨迹法设计一个超前校正装置，使之满足性能
指标： %20PM,sts1。
水位控制系统 在工农业生产以及日常生活应用中，常常会需要对容器中的液位（水位）进行自动控制。比如自动控制水箱、水池、水槽、锅炉等容器中的蓄水量，生活中抽水马桶的自动补水控制、自动电热水器、电开水机的自动进水控制等。虽然各种水位控制的技术要求不同，精度不同，但基本的控制原理都可以归纳为一般的反馈控制方式，如下图所示，它们的主要区别在于检测液位的方式、反馈形式，以及控制器上的区别。
在工厂化的家禽饲养中，由于饲养的的空间很小，家禽密度很高，饮水槽不可以
做的很大，否则将被家禽践踏而使引水受到污染。但又要保持有充足的水量，不断的自动补充新鲜的饮水。解决这个矛盾的办法就是需要一套自动水位控制系
统，使得很小、很浅的饮水槽中始终有水而且水位维持不变。
这个水位控制系统其实非常的简单，基本结构如下图所示
由于蓄水桶上方密闭的空间气压比外界大气压强低，所以能够保持蓄水桶中
的水位高于水槽中的水位，当水槽中的水被饮用之后，外部的空气将通过蓄水桶的下方桶口进入到桶上方的密闭区域中，降低了密闭区的压强，蓄水桶中的水位
降低，补充了水槽中的水，直至水槽中的水平面高过蓄水桶下方的桶口。
根据闭环极点稳态性能指标确定闭环主导极点的位置
Mp=%20%10021e
为使Mp20%,并留有余地，选du尼比5.0
cos 600
14Wtns wn=8
闭环主导极点
344122,1wwSnnj
画出未经校正系统的根轨迹图
校正环节的传递函数为
TsTsssspzGccc11)(
校正后系统的开环传递函数为：
为了使希望主导极点位于根轨迹上，根据相角条件应有 取k=-1，可得 可得8.5zc 8.10pc 011()()30ccszsp则)8.10)(2()8.5()(ssssskGc 由模值条件1)8.10)(2()8.5(1*ssssk k*78.3
检验静态指标 K=6.198.10*28.5**k 满足静态性能指标 校正后的轨迹
*()()(2)()ccKszGssssp
11111()()(2)()(21)ccGsszssspk
利用MATLAB输入下面的程序可得单位阶跃响应的曲线
%Unit-Step% numg=-1;
deng=[1,2,0]; [num,den]=cloop(numg,deng);
numc=78.3*[1,5.8];
denc=conv([1,0],conv([1,2],[1,10.8])); [num1,den1]=cloop(numc,denc);
t=0:0.01:10; [c1,x1,t]=step(num,den,t);
[c2,x2,t]=step(num1,den1,t);
plot(t,c1,‘-’,t,c2,‘-’); grid
在MATLAB环境下利用SIMULINK制得的仿真模型框图如图
仿真模型图
仿真结果如图，加入校正装置后的系统框图如图所示，
scope1显示较真后的结果。
图阶跃响应曲线
图加入校正装置后的响应曲线 结论
此设计列出了传递函数和微分方程，建立了数学模型并对其进行了仿真，再整个系统中，水流入量由调节阀开度加以控制，流出量则由用户根据需要通过负载阀来改变，被调量为水位h，它反应水的流入与流出之间的平衡关系。 水位控制系统主要是调节流入与流出之间平衡关系的系统。 心得与体会 通过这次的设计使我对自动控制原理课程中所学习到的知识得到的更加深刻的认识以及巩固，也使我在学习书本知识的同时学会了将学习到的知识应用到实际生活中，在实际生活中拓展自己的能力和自己的学习热情。通过这次的设计也使我对经典控制系统产生了深刻的认识，在我脑海里产生了深刻影响。 通过这几天的忙碌，我学会了许多我们在课堂上面所学不到的知识和能力。在我们做课程设计的时候我们将面对许许多多的系统传递函数，微分方程，校正仿真等问题。这也就要求我们利用课上学习到的知识和自己的查阅资料的能力，综合运用以前上课时老师教我们的分析方法去分析新的问题。 还有通过这两天的设计，我也认识到了和同学配合的重要性，在我们学习生活中，自己不可能是十全十美的，我们也不能是万能的什么都知道，在学习生活中团队配合才是重要的。在这次的课程设计中也是得到了很多同学的帮助才能够使我快速准确的完成了这次的设计。 最后更要感谢在设计过程中帮助我的何琳琳老师。 参考文献 1.《自动控制原理》胡寿松主编，科学出版社。2001年2月第四版。 2. 《智能控制工程及其应用实例》罗均..北京:化学工业出版社社,2005.86-91. 3. 《MATLAB在控制系统中的应用》张静.北京：电子工业出版社. 2007
