2021年哈工大自动控制原理大作业完整版Word文档格式.doc
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班级：
设计者：
学号：
指导教师：
设计时间：
哈尔滨工业大学
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，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：
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，，0dB/dec;
振荡环节，，-40dB/dec;
稳态速度误差：
。
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。
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,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：
解得K=160；
将K=160带入，对应的传递函数为：
则校正前（加入k=160的放大倍数后）幅值穿越频率：
，相位裕度：
；
（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：
设计后要求,则；
满足：
解得：
=7.33，取=8.
取作为第一个转折频率，取第二个转折频率为；
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，得到校正装置的传递函数为：
校正后的传递函数为：
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：
相位裕度：
幅值裕度：
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）
画出校正后的bode图:
图（3）
校正前后及校正网络的bode图：
图（4）
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）
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，。
四、设计结论
校正后的传递函数函数为：
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》
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