哈工大自动控制原理大作业

自动控制原理大作业HarbinInstituteofTechnology自动控制原理设计论文课程名称：自动控制原理设计题目：液压伺服系统校正院系：测控技术与仪器系班级：设计者：学号：指导教师：设计时间：哈尔滨工业大学自动控制原理大作业自动控制原理大作业一、设计任务书考虑图中所示的系统。要求设计一个校正装置，使得稳态速度误差常数为-14秒，相位裕度为，幅值裕度大于或等于8分贝。利用MATLAB画出已校正系统的单位阶跃响应和单位斜坡响应曲线。二、设计过程1、人工设计1）、数据计算由图可知，校正前的开环传递函数为：0222s+0.10.025(20s1)G=0.1(s0.14)(1)44sssss其中按频率由小到大分别含有积分环节和放大环节，-20dB/dec；一阶微分环节，10.05/wrads，0dB/dec;振荡环节，22/wrads，-40dB/dec;稳态速度误差：02002s+0.1e()lim(s)lim0.025(s0.14)sssssGsss。显然，此时的相位裕度和稳态速度误差都不满足要求。为满足题目要求，可以引入超前校正，提高系统的相位裕度和稳态速度误差。自动控制原理大作业2）、校正装置传递函数（1）、稳态速度误差常数的确定为使稳态速度误差常数为-14秒,设加入的开环放大倍数为k,加入校正装置后的稳态速度误差满足：11e()4k0.025kssv解得K=160；将K=160带入，对应的传递函数为：0222s+0.14(20s1)G(s)=1600.1(s0.14)(1)44sssss则校正前（加入k=160的放大倍数后）幅值穿越频率：018.00/cwrads，相位裕度：o00.1631cr；（2）、校正装置的确定这里采用超前补偿，由前面算得k=160，故设加入的校正装置传递函数为：111G(s)T1caTss设计后要求o=50,则o0-=500.163149.8369oo；a满足：01sin49.83691aa解得：a=7.33，取a=8.取1010/18.00/cwradswrads作为第一个转折频率，取第二个转折频率为21*80/wawrads；在伯德图上过3rad/s处做斜率为-20dB/dec的线。经计算，此时的幅值穿越频率c31.39/wrads，得到校正装置的传递函数为：自动控制原理大作业11121110.11G(s)1T10.012511csaTswssssw校正后的传递函数为：0222s+0.10.11160(2s0.1)(0.11)G(s)=G(s)G(s)=160(s0.14)0.01251(s0.14)(0.01251)ecssssssss3）、系统校正前后bode图手工绘制的bode图如下：4）、性能指标验算数据设计好后的网络传递函数相关数据如下：幅值穿越频率：c31.39/wrads相位裕度：2=180-90-arctan(0.0125*31.39)+arctan(0.1*31.39)+arctan(20*31.39)0.1*31.39-arctan50.997650431.39oo幅值裕度：gk稳态速度误差：111e()=4k0.025k0.025*160ssv自动控制原理大作业可见设计的补偿网络有效的提高了相位裕度，并且满足稳态误差要求。2、计算机辅助设计1）、simulink仿真框图在simulink环境中仿真得如下结果：图（1）2）、bode图借助matlab语言画出校正前的bode图：图（2）自动控制原理大作业画出校正后的bode图:图（3）校正前后及校正网络的bode图：图（4）自动控制原理大作业3）、阶跃响应曲线校正前阶跃响应曲线图（5）校正后阶跃响应曲线图（6）自动控制原理大作业4）、性能指标要求的其他曲线校正前后的斜坡响应曲线：图（7）三、校正装置电路图其中1111wRC，2221wRC。四、设计结论自动控制原理大作业校正后的传递函数函数为：2160(2s0.1)(0.11)G(s)(s0.14)(0.01251)essss幅值穿越频率：c31.39/wrads相位裕度：50.9976o幅值裕度：gk稳态速度误差：e()4ss满足设计要求。五、设计后的心得体会通过此次设计，加深了我对系统补偿网络的理解，特别是在超前补偿部分，对如何快速的选择校正后的cw有了一定的体会。电路的仿真部分，使我对mathlab的基本应用函数有了一定的了解。虽然这次设计花费了很多时间，但收获同样是很丰富的。六、参考文献《自动控制原理》《matlab自动控制原理设计及仿真》