哈工大自動(dòng)控制原理大作業(yè)

1、HarbinInstituteofTechnology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)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,相位裕度為幅值裕度大于或等于8分貝。利用MATLAB已校正系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)和單位斜坡響應(yīng)曲線。設(shè)計(jì)過程1、 人工設(shè)計(jì)1）、數(shù)據(jù)計(jì)算由圖可知，校正前的開環(huán)傳遞函數(shù)為:2s+0.1G0=2s(s0.1s4)0.025(20s1)2s0.1ss(-441)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)，-20

2、dB/dec;一階微分環(huán)節(jié)，w1=0.05rad/s,0dB/dec;振蕩環(huán)節(jié),w2=2rad/s,-40dB/dec;穩(wěn)態(tài)速度誤差:ess(二)=limsG0(s)=limQs2s+0.1s(s20.1s4)=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：,、116ss(二)二kv0.025k解得K=16Q將K=160帶入，對(duì)應(yīng)的傳遞函數(shù)為:G0(s)=1602s+0.1

3、-2Ts(s0.1s-4)4(20s1)2s("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：rc0=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)=aT1s1Ts1設(shè)計(jì)后要求¥=50°,WJV-Y0=50°-0.1631°=49.8369°，一a-10a滿足：=sin49.8369a1解得：a=7.33,取a=8.取必=10rad/s<wc0=18.00rad/s作為第一個(gè)轉(zhuǎn)折頻率，取第二個(gè)轉(zhuǎn)折

4、頻率為w2=a*w1=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:Gc(S)=aT1s1T1s1-1s1w1s1W20.1s10.0125s1校正后的傳遞函數(shù)為:Ge(s)=Go(s)Gc(s)=1602s+0.10.1s1s(s20.1s4)0.0125s1160(2s0.1)(0.1s1)s(s20.1s4)(0.0125s1)3）、系統(tǒng)校正前后bode圖手工繪制的bode圖如下: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

5、裕度:=180-90-arctan(0.0125*31.39)+arctan(0.1*31.39)+arctan(20*31.39)-arctan013、50.9976。50。4-31.392幅值裕度:kg二y一，、一、，111穩(wěn)態(tài)速度塊差：ess（二）=-=4kv0.025k0.025*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仿真框匿在simulink環(huán)境中仿真得如下結(jié)果：Scape圖（1）2）、bode圖借助matlab語言畫出校正前的bode圖:dtDiagramGm-InfdB(fltInfr«V»

6、;),Prn*Q.163dMW183030604020口-2D-4O(ap)epnpjBcwFrequencyr日5畫出校正后的bode圖:BcwleDiagramGm=MdBIalIniradte).Pm=51deg(at31.4radte)百).".PWLBFW(F已«8迪工Frequency(red/s)圖（3）校正前后及校正網(wǎng)絡(luò)的bode圖：BodeDiagramFrequency(rad/s«£巳epnJluQiraz3）、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14121,一!10.B0604Q.20D0.102030405060.70.S0914）、性能指標(biāo)要求的其他曲線校正前后的斜坡響應(yīng)曲線：00.1020.3040.5060.7080.9圖（7）三、校正裝置電路圖其中=w,R1C11'=W2。RC2四、設(shè)計(jì)結(jié)論校正后的傳遞函數(shù)函數(shù)為:Ge(S)=160(2s0.1)(0.1s1)s(s20.1s4)(0.0125s1)幅值穿越頻率：wc=31.39rad/s相位裕度：=50.9976幅值裕度：kq二g穩(wěn)態(tài)速度誤差：essU)=4滿足設(shè)計(jì)要求。五、設(shè)計(jì)后的心得體會(huì)通過此次設(shè)計(jì)，加深了我對(duì)系統(tǒng)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的理解，特別是在超前補(bǔ)償部分,對(duì)