哈工大自動(dòng)控制原理大作業(yè)

1、自動(dòng)控制原理大作業(yè)第嚼li矣求衣暮Harbin Institute of Technology自動(dòng)控制原理設(shè)計(jì)論文課程名稱：自動(dòng)控制原理設(shè)計(jì)題目：液壓伺服系統(tǒng)校正院系：測(cè)控技術(shù)與儀器系班級(jí)：設(shè)計(jì)者：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：設(shè)計(jì)時(shí)間：哈爾濱工業(yè)大學(xué)自動(dòng)控制原理大作業(yè)自動(dòng)控制原理大作業(yè)、設(shè)計(jì)任務(wù)書考慮圖中所示的系統(tǒng)。要求設(shè)計(jì)一個(gè)校正裝置，使得穩(wěn)態(tài)速度誤差常數(shù)為4秒-1，相位裕度為丁，幅值裕度大于或等于8分貝。利用MATLA畫出已校正系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)和單位斜坡響應(yīng)曲線。速茂曲遐R12J + 0.1J 155 +0.15 +4自動(dòng)控制原理大作業(yè)自動(dòng)控制原理大作業(yè)二、設(shè)計(jì)過程1、 人工設(shè)計(jì)1) 、數(shù)據(jù)計(jì)算由圖

2、可知，校正前的開環(huán)傳遞函數(shù)為： 0.025(20s 1)2s+0.1G0=2 2s(s °.1s 4) s(蘭吐"44其中按頻率由小到大分別含有積分環(huán)節(jié)和放大環(huán)節(jié)，-20dB/dec ； 一階微分環(huán)節(jié)，嗎=0.05rad / s，OdB/dec;振蕩環(huán)節(jié)，w2 = 2rad / s，2s+0.1-40dB/dec;穩(wěn)態(tài)速度誤差:essL) =lim sG0(s) = lim s( 2二；+勺=0.025。顯然，此時(shí)的相位裕度和穩(wěn)態(tài)速度誤差都不滿足要求。 為滿足題目要求，可以引入超 前校正，提高系統(tǒng)的相位裕度和穩(wěn)態(tài)速度誤差。2）、校正裝置傳遞函數(shù)（1）、穩(wěn)態(tài)速度誤差常數(shù)的確定

3、為使穩(wěn)態(tài)速度誤差常數(shù)為4秒-1,設(shè)加入的開環(huán)放大倍數(shù)為k,加入校正裝置后的穩(wěn)態(tài)速度誤差滿足：essGO-4kv 0.025k解得K=16Q將K=160帶入，對(duì)應(yīng)的傳遞函數(shù)為:G0(s)=1602S+0.12s(s 0.1s - 4)4(20s 1)2s(-0.1s 1)44則校正前（加入k=160的放大倍數(shù)后）幅值穿越頻率:Wc0 =18.00rad/s，相位裕度: “0.1631° ；（2）、校正裝置的確定這里采用超前補(bǔ)償，由前面算得 k=160,故設(shè)加入的校正裝置傳遞 函數(shù)為：Gc(s)=aT,s 1s 1設(shè)計(jì)后要求 =50°,貝U -。=50° -0.163

4、1° =49.8369° ；a 10a 滿足：si n 49.8369a+1解得：a =7.33，取 a=8.取w, =10rad / s ： w。二18.00rad / s作為第一個(gè)轉(zhuǎn)折頻率，取第二個(gè) 轉(zhuǎn)折頻率為w2 =a*則=80rad/s ;在伯德圖上過3rad/s處做斜率為-20dB/dec的線。經(jīng)計(jì)算，此時(shí)的幅值穿越頻率 wc =31.39rad /s，得到校正裝置的傳遞函數(shù)為:自動(dòng)控制原理大作業(yè)自動(dòng)控制原理大作業(yè)Gc(s)二aT(s 1T1s 10.1s 10.0125s 11校正后的傳遞函數(shù)為:Ge(s)=Go(s)Gc(s)=16O2s+0.10.1s+1s

5、(s2 0.1s 4) 0.0125s 1160(2s 0.1)(0.1s 1)s(s2 0.1s 4)(0.0125 s 1)自動(dòng)控制原理大作業(yè)自動(dòng)控制原理大作業(yè)3）、系統(tǒng)校正前后bode圖手工繪制的bode圖如下：自動(dòng)控制原理大作業(yè)自動(dòng)控制原理大作業(yè)4）、性能指標(biāo)驗(yàn)算數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)好后的網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)相關(guān)數(shù)據(jù)如下:幅值穿越頻率：wc = 31.39rad / s相位裕度:= 180-90-arcta n(0.0125*31.39)+arcta n(0.1*31.39)+arcta n(20*31.39)丄 0.1*31.39 -arcta n 431.39-50.9976°50o幅值裕度

6、：kg宀穩(wěn)態(tài)速度誤差：essC = )-4kv 0.025k0.025*160可見設(shè)計(jì)的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)有效的提高了相位裕度，并且滿足穩(wěn)態(tài)誤差要求。2、 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)1）、simulink 仿真框圖在simulink環(huán)境中仿真得如下結(jié)果：Scape自動(dòng)控制原理大作業(yè)自動(dòng)控制原理大作業(yè)圖（1）2） bode 圖借助matlab語言畫出校正前的bode圖:30tnr - r -i_¥ tsojE BBfflLId dt DiagraniGm InfdB (ffl Inf r«VB)». Pm« 0,163 deg (at 189035- 1.-20口己?jiǎn)?ruuc

7、nrw-13Qto'1Frequency (rs-d/s-)自動(dòng)控制原理大作業(yè)自動(dòng)控制原理大作業(yè)圖（2）自動(dòng)控制原理大作業(yè)畫出校正后的bode圖:自動(dòng)控制原理大作業(yè)自動(dòng)控制原理大作業(yè)«如也BcwSe DiagramGm = Inf dB (at Inf , Pm = 51 deg (at 31.4 hkMs)W310Frequency (red/s)3410 10自動(dòng)控制原理大作業(yè)圖（3）校正前后及校正網(wǎng)絡(luò)的bode圖：Bode Diagram£E epnjf匚留至nnr - r -r r rnTiri 111 hi i 111 in*k .L LUUL . . t

8、 L LUliL l> I 9 I 1 IlliI I 9 1 I IlliI I I I lll>uncomp&n 呂白 tEhdcompenaator compensated1 ."L A WI 1 Ilin”-LilI I l> MillI I I* hfelldi i I* ii I I I III!' r t rnii«TFrequency (rad/s«自動(dòng)控制原理大作業(yè)自動(dòng)控制原理大作業(yè)圖（4）自動(dòng)控制原理大作業(yè)自動(dòng)控制原理大作業(yè)3）、階躍響應(yīng)曲線校正前階躍響應(yīng)曲線圖（5）校正后階躍響應(yīng)曲線圖（6）自動(dòng)控制原理大作業(yè)

9、4）、性能指標(biāo)要求的其他曲線校正前后的斜坡響應(yīng)曲線：自動(dòng)控制原理大作業(yè)自動(dòng)控制原理大作業(yè)圖（7）自動(dòng)控制原理大作業(yè)自動(dòng)控制原理大作業(yè)三、校正裝置電路圖自動(dòng)控制原理大作業(yè)自動(dòng)控制原理大作業(yè)其中R2C2:R1IkQ：:C110OpFR3 ：AAA=w2。5nFU23T VIR- TUALUo*自動(dòng)控制原理大作業(yè)自動(dòng)控制原理大作業(yè)四、設(shè)計(jì)結(jié)論自動(dòng)控制原理大作業(yè)校正后的傳遞函數(shù)函數(shù)為：“、160(2s +0.1)(0.1s + 1)Ge(s)2s(s2 0.1s 4)(0.0125 s 1)幅值穿越頻率： wc = 31.39rad / s相位裕度：=50.9976幅值裕度：kg >穩(wěn)態(tài)速度誤差：essCO =4滿足設(shè)計(jì)要求。五、設(shè)計(jì)后的心得體會(huì)通