哈工大自控大作业报告Word格式文档下载.docx

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英才学院

学号：

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2014/12/15

自动控制原理

大作业任务书

设计任务和要求：

1.参考图1所示的闭环控制系统。

试设计一个超前校正装置,使得相位裕度为

，幅值裕度不小于8分贝，稳态速度误差常数为4秒-1。

利用MATLAB画出已校正系统的单位阶跃和单位斜坡响应曲线。

图1题1所述闭环系统

一、人工设计

1、数据计算

1）校正之前的开环传递函数为：

由题目要求，系统的稳态速度误差常数[1]

为4秒-1，由公式

，得K=4。

由放大环节、积分环节和两个惯性环节构成。

未校正时系统的幅值穿越频率

，Bode图以-40dB/dec的直线穿过0dB线，计算出相位裕度

。

可见，未加补偿时，系统是稳定的，但是相位裕度不满足要求。

由于设计后的系统的性能指标为

，对

无要求，

，若取

，则应有

，可以采用超前补偿网络校正。

2）确定补偿网络参数

原系统的Bode图以-40dB/dec穿过0dB线，若以-20dB/dec穿过0dB线，有可能满足要求。

原系统的转折频率为1rad/s和10rad/s，可以在

之间任取一点作为

，在

，这里不妨取

=1.5rad/s，取

rad/s，

20，方案可行。

所以，校正装置的传递函数为：

校正后的传递函数为：

3）系统校正前后的bode图

手工绘制的bode图如下：

4）性能指标验算数据

校正后系统的各项参数如下：

幅值穿越频率：

相位裕度：

幅值裕度：

稳态速度误差：

4s-1

可以看出，校正网络有效的提高了相位裕度，校正后的系统符合要求。

2、计算机辅助设计

1）Simulink仿真框图

●阶跃响应仿真框图

●斜坡响应仿真框图

2）Bode图

●校正之前

●校正之后

●校正前、校正后、校正网络

3）根轨迹图

校正后开环传递函数的根轨迹为：

4）阶跃响应曲线

●校正之前单位阶跃响应曲线：

●校正之后单位阶跃响应曲线：

5）性能指标要求的其他曲线

二、校正装置电路图

其中，

这里我们取

三、设计结论

校正之后，系统的参数分别为：

幅值裕度：

可以看出，超前校正网络有效的提高了系统的相位裕度，由单位阶跃响应曲线和斜坡响应曲线可以看出，校正后系统非常稳定，系统符合要求。

四、设计后的心得体会

这次设计既是对学过的知识的一种复习，也是对自我创新能力的提升，是对多种知识、软件的综合应用。

设计过程中，我对学过的超前滞后校正系统有了更直观的认识，通过设计，我使一个稳定程度不高的系统变得稳定，并且通过matlab直观的反应出来。

我觉得这次大作业让我成长很多，进步很多。

参考文献：

[1]梅晓榕.自动控制原理.北京.科学出版社.2007.2.