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安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书
摘 要
阻尼比是二阶系统的一个重要的特征参数，它对二阶系统动态特性有较大的影响。对于固定阻尼比的二阶系统，其快速性与稳定性是相互矛盾的，二者不能同时兼顾，这就限制了系统不能用于一些快速性与稳定性都要求较高的场合。
采用变阻尼控制，根据系统在响应过程中输出误差的大小，在线调节系统的阻尼比，使系统在输出响应的不同阶段具有不同阻尼比，同时兼顾快速性与稳定性，是一种理想的改善二阶系统动态性能的方法。
本文分析了线性变阻尼和分线性变阻尼控制，并对两种变阻尼控制方法进行了比较，得出非线性变阻尼改善二阶系统动态性能效果较好。
本文应用MATLAB软件对各种变阻尼控制的方法进行了仿真分析，并介绍了仿真系统模型。仿真结果证明二阶系统采用变阻尼技术，能显著改善系统的动态特性，提高系统的抗干扰性能。
关键词:二阶系统 阻尼比 变阻尼 动态特性 抗干扰性能
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Abstract
The damping ratio is an important characteristic parameter in a second-order system ,which has great effect on the second-order system . In the second-order system ,which has fixed damping ratio ,the rapidity and the stability is a contradiction ,and can’t be gained at the same time .So it can’t satisfy with the higher demand of some conditions that require both rapidity and stability.
Using variable damping control, according to the system in response to the output error in the process of size, online adjustment of the damping ratio of the system, make the system output response of different stages with different damping ratio, taking into account the speediness and stability, and is an ideal improvement of two order system of dynamic energy method.
This paper analyzes the linear variable damping and linear variable damping control, and two kinds of variable damping control method were compared, the derived nonlinear variable damping and improve the dynamic performance of the system is of order two is better.
Matlab is applied to the simulation of a few kinds of variable damping control methods ,and the model of simulation system is introduced simultaneously. The simulation results show that adopting variable damping technology in the second-order system，we can remarkably amend dynamic and improve anti anti-disturbance performance of the system.
Key words: Second-order system; Damping ratio; Variable damping; Dynamic characteristic; Anti-disturbance performance
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目 录
摘 要 ..................................................... I ABSTRACT .................................................. II 目 录 ................................................... III 第1章 绪论 ................................................ 1
1.1 研究背景 ......................................................... 1 1.2 国内外研究现状 ................................................... 3 1.3 本课题的主要研究工作 ............................................. 4
第2章阻尼比对二阶系统动态特性的影响 ....................... 5
2.1 二阶系统的阶跃响应 ............................................... 5 2.2 二阶系统动态指标 ................................................. 9 2.2.1 过渡过程的品质指标 ........................................... 9 2.2.2 误差泛函积分评价指标 ........................................ 10 2.3 欠阻尼二阶系统动态性能指标与阻尼比的关系 ........................ 11 2.4 小结 ............................................................ 14
第3章 变阻尼控制改善二阶系统动态特性 ..................... 15
3.1 测速反馈控制 .................................................... 15 3.2 变阻尼控制的基本原理 ............................................ 17 3.3 线性变阻尼控制 .................................................. 18 3.4 分段线性变阻尼技术 .............................................. 20 3.5 非线性变阻尼控制技术 ............................................ 22 3.6 小结 ............................................................ 23
第4章 变阻尼控制改善二阶系统的抗干扰性能 ................. 24
4.1 干扰信号作用时偏差的变化规律 .................................... 25 4.2 超调过程E及EC变化规律 .......................................... 26 4.3 变阻尼抗干扰及抑制超调方法 ...................................... 27 4.4 小结 ............................................................ 29
第5章 模糊变阻尼控制 ..................................... 29
5.1 模糊控制基本原理 ................................................ 29 5.2 模糊变阻尼控制器设计 ............................................ 31 5.3 仿真分析 ........................................................ 33
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5.4 小结 ............................................................ 36
第6章 变阻尼控制仿真模型与程序 ........................... 37
6.1 利用SIMULINK工具箱建立变阻尼控制系统仿真模型 ................... 37 6.2 编写S函数 ...................................................... 39
结论 ...................................................... 41 参考文献 .................................................. 43 致谢 ...................................................... 44
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第1章 绪论
1.1 研究背景
在现代的工业、农业、国防和科学技术领域中，自动控制技术得到了广泛的应用。所谓自动控制，就是采用控制装置使被控对象（如机器设备的运行或生产过程的的进行）自动地按照给定的规律运行，使被控对象的一个或多个物理量（如电压、电流、速度、位置、温度、流量、浓度、化学成分等）能够在一定的精度范围内按照给定的规律变化。[1]
常用的典型输入信号有阶跃函数、斜坡函数（等速度函数）、抛物线函数（等加速度函数）、脉冲函数及正弦函数。这些都是简单的时间函数，用它们作为输入信号，可以较容易地进行数学分析和实验研究院。本文采用的阶跃函数为输入信号。在输入单位阶跃信号作用下，任何一个控制系统的时间相应都由动态过程和稳态过程两部分组成。控制系统技术性能的好坏，一般从动态过程及稳态精度去衡量。工程上对自动控制系统的基本要求归纳为稳定性、快速性和准确性三个方面，即稳、准、快。稳定性是评价自动控制系统能否正常工作的首要问题，它是评价系统在过渡过程中的振荡倾向和重新建立平衡状态的能力，一个可以实际运行的控制系统必须是稳定的。快速性评价控制系统的响应速度，由于控制系统总包含一些惯性元件，在输入信号作用下，其响应总要经历一个动态过程才能达到稳态值。动态过程时间长，说明系统的控制动作反映迟钝，难以复现快速变化的输入指令信号。因此，在控制工程中，希望动态过程时间愈短愈好。准确性描述系统的控制精度，一般采用稳态误差来度量。
研究线性系统在零初始条件和单位阶跃信号输入下的响应过程曲线，可以知道，系统动态性能由超调量、调节时间、震荡次数、延迟时间、上升时间和峰值时间组成。其中响应的快速性，由上升时间和峰值时间表示；对所期望响应的逼近性，由超调量和调节时间表示。
用二阶微分方程描述的系统，称二阶系统。它在控制系统中应用极为广泛。例如，
R?L?C网络、忽略电枢电感后的电动机、弹簧－质量－阻尼器系统、扭转弹簧系统
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