哈工大自動控制原理設(shè)計講解

課程設(shè)計說明書(論文) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)(1)隨動系統(tǒng)固有特性開環(huán)傳遞函數(shù)為：++(2)性能指標要求：a速度信號時，穩(wěn)態(tài)誤差e<0.15rad.b.輸入單位階躍信號時，超調(diào)量p<35%,調(diào)整時間ts<10秒。c.輸入單位階躍信號時，超調(diào)量p<25%,調(diào)整時間ts<4秒。(1)畫出為校正系統(tǒng)的根軌跡圖，分析系統(tǒng)是否穩(wěn)定；(2)人工設(shè)計函數(shù)。驗證校正后系統(tǒng)是否滿足性能指標要求。(3)計算機輔助設(shè)計(4)撰寫設(shè)計報告。具體內(nèi)容包括以下五個部分。2)設(shè)計過程人工設(shè)計過程包括計算數(shù)據(jù)、系統(tǒng)校正前后及校正裝置的Bode圖(在半對數(shù)坐標紙上)、校正裝置的傳遞函數(shù)、性能指標驗算數(shù)據(jù)。他曲線。3)校正裝置電路圖4)設(shè)計結(jié)論55)設(shè)計后的心得體會工工作計劃安排：審題，查閱資料人工計算，計算機輔助設(shè)計修改，優(yōu)化設(shè)計完成課程設(shè)計說明書同組設(shè)計者及分工：無年月日年月日………………………………………………………………………圖………… 哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計說明書(論文)1(1)、已知控制系統(tǒng)固有傳遞函數(shù)如下：G(s)=++(2)、性能指標要求：a速度信號時，穩(wěn)態(tài)誤差e<0.15rad.b.輸入單位階躍信號時，超調(diào)量p<35%,調(diào)整時間ts<10秒。c.輸入單位階躍信號時，超調(diào)量p<25%,調(diào)整時間ts<4秒。1.2題目分析用MALAB繪制原傳遞函數(shù)的單位階躍響應(yīng)圖，如下圖：2 哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計說明書(論文)StepResponse100A-0.2-0.4-0.6-0.80501520050Time(seconds)3 哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計說明書(論文)2.2校正環(huán)節(jié) (當設(shè)計要求為輸入單位階躍信號時，超調(diào)量p<35%,調(diào)整時間ts<10秒時，將題目中對閉環(huán)冗y冗經(jīng)計算，令==，解得原開環(huán)傳遞函數(shù)剪切頻率為=由上面的計算知=剪切頻率為++=4 哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計說明書(論文)若以=作為剪切頻率，也能滿足>的設(shè)計指標。也就是說，只用串聯(lián)遲后校正即可同時滿足相角裕度和剪切頻率的設(shè)計要求。T最后得校正后的傳遞函數(shù)為G(s)=。++檢驗：手工在對數(shù)坐標紙上畫出校正以后系統(tǒng)的頻率特性bode圖(附錄圖2——系將=代入三G(jw)有 (當設(shè)計要求為輸入單位階躍信號時，超調(diào)量p<25%,調(diào)整時間ts<4秒時，將題目中對閉環(huán)由幾5ss哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計說明書(論文)即有三=。=o解得=若以=作為剪切頻率，則不能滿足>的設(shè)計指標。也統(tǒng)的剪切頻率滿足或接近于近似滿足設(shè)計要求。在此基礎(chǔ)上，再采用串聯(lián)超前校正，使考慮到串聯(lián)超前校正時，會使原系統(tǒng)的剪切頻率增大，所以在做串聯(lián)遲后校正時可以使=+++=4.19=解得串聯(lián)遲后校正參數(shù)=4.19。取===>T=6.67所以=T=27.95T即遲后環(huán)節(jié)為=由以上計算得串聯(lián)遲后校正以后的開環(huán)傳遞函數(shù)為=o++++做出串聯(lián)遲后校正以后的開環(huán)頻率特性，如下圖。aMaaPhaPGmdBatradsecPmdegatrad/sec)0005SystemHFrequency(rad/sec):1.02Phasedeg310Frequency(rad/sec)6 哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計說明書(論文)對串聯(lián)遲后校正以后的系統(tǒng)做串聯(lián)超前校正。先求出串聯(lián)超前校正應(yīng)提供的相角增量a===>一aaa2++最后得到遲后——超前校正后的開環(huán)傳遞函數(shù)=++..遲后——超前校正網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)Gc(s)=++.++檢驗：手工在對數(shù)坐標紙上畫出校正以后系統(tǒng)的頻率特性bode圖(附錄圖3——系將=代入三G(jw)有3.1對被控對象仿真(1)被控對象開環(huán)Simulink模型圖7s s 哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計說明書(論文)880.0625s3+0.625s2+s1Out11InTransferFcn控對象開環(huán)Bode圖aMaaPhaPGmdBatradsecPm5.21deg(at3.57rad/sec)0-50-100-150-90-135-180225270Frequency(rad/sec)由仿真結(jié)果知，原系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)剪切頻率為=，相角裕度為(3)校正前后及校正網(wǎng)絡(luò)對比圖3.2對校正以后的系統(tǒng)仿真此時系統(tǒng)指標為輸入單位階躍信號時，超調(diào)量p<35%(即要求相角裕度大于43度),調(diào)整時間ts<10要求剪切頻率大于1.02rad/s)(1)校正以后的開環(huán)Simulink模型圖8 哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計說明書(論文)77ee(2)校正以后的開環(huán)Bode圖deode7dd/seded/se由仿真結(jié)果知，校正后系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)剪切頻率為(3)校正前后及校正網(wǎng)絡(luò)對比圖=，相角裕度為9 哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計說明書(論文)m88m8校正前、后，及校正曲線校正前校正網(wǎng)絡(luò)校正后u98圖8校正前后及校正網(wǎng)絡(luò)對比圖要求剪切頻率大于1.94rad/s)8889n9nnnnnnnn圖9校正以后的開環(huán)Simulink模型圖(2)校正以后的開環(huán)Bode圖 哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計說明書(論文)dBdseded/se0B0dB0ede001edeee0圖10校正以后的開環(huán)Bode圖3.3對校正后閉環(huán)系統(tǒng)仿真(1)校正以后的閉環(huán)Simulink模型圖0.00.00ee1e1(2)單位階躍響應(yīng)仿真曲線(1)校正以后的閉環(huán)Simulink模型圖 哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計說明書(論文)StepResponse1A0-0.250-0500Time(sec)880.0625s3+0.625s2+sStepTransferFcn6.67s+127.95s+1TransferFcn20.83s+10.24s+1TransferFcn1Scope(2)單位階躍響應(yīng)仿真曲線 哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計說明書(論文)StepResponseA102468-0.21416182468-0.2Time(sec)采用運算放大器和RC網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的串聯(lián)校正裝置，圖10是一個串聯(lián)遲后(超前)裝4.2校正環(huán)節(jié)裝置電路KK=2.4=1 哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計說明書(論文)+=+,對于串聯(lián)遲后環(huán)節(jié)==========且QQcRc3CC21000uFC11000uFR257.36kR19.09kR19.09kR357.36k4.2.2遲后—超前校正裝置電路對于串聯(lián)遲后環(huán)節(jié)=，,=,===且K=2.4cRR13======QQ 哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計說明書(論文)為CC21000uFC11000uFR2=27.95kR1=6.67kR4=6.67kR3=27.95k+且K，=2.4=113Q=Q==，==所以超前校正部分的電路裝置圖為哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計說明書(論文)CC210uFC110uFRkRkR83kRk00u4432211003443221100R哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計說明書(論文)I0w-w+-400-350-300-250-200-150-100-500ram000000System:g00-1000-2000-3000-180-160-140-120-100-80-60-40-200()當系統(tǒng)的剪切頻率大于要求指標，而相角裕度有小于要求值時，可以先考慮串聯(lián)遲后校正，當只用串聯(lián)遲后校正仍不能滿足設(shè)計指標時(多是剪切頻率過小)，可在遲后校()在用串聯(lián)遲后——超前校正時，需要多次用系統(tǒng)的圖，并求出系統(tǒng)的剪切頻難， 哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計說明書(論文)如果用漸進特性(折線)來做圖，又會帶來很多新的誤差，使設(shè)計不準確，要做更多次的反復(fù)。因此，最好用計算機做出系統(tǒng)的準確圖，并由()遲后校正：效果：()系統(tǒng)的增益剪切頻率w下降，閉環(huán)帶寬減小。c ()對于給定的開環(huán)放大系數(shù)，由于w附近幅值衰減，使y、cK及諧振峰值M均得到改善。gf應(yīng)用范圍：()w附近，原系統(tǒng)的響應(yīng)變化急劇，以致難于采用串聯(lián)超前校c()適于頻寬與瞬態(tài)響應(yīng)要求不高的情況。()對于高頻抗干擾有一定的要求。()低頻段能找到需要的相位裕度()超前校正：效果：()在w附近，原系統(tǒng)的對數(shù)幅頻特性的斜率變小，相角裕度y與幅值裕度cK變大。g()系統(tǒng)的頻帶寬度增加。()由于y增加，超調(diào)量下降。應(yīng)用范圍：()w附近，原系統(tǒng)的相位之后變化