哈工大自控课设大作业

HarbinHarbinHarbin InstituteInstituteInstitute ofofof TechnologyTechnologyTechnology 课程设计说明书 论文 课程设计说明书 论文 课程设计说明书 论文 课程设计说明书 论文 课程名称 自动控制原理 设计题目 串联校正装置设计 院 系 自动化测试与控制系 班 级 1201112 设 计 者 郑豹 学 号 1120110623 指导教师 马明达 设计时间 2014 12 25 哈尔滨工业大学 哈尔滨工业大学课程设计任务书哈尔滨工业大学课程设计任务书 姓 名 郑豹 院 系 自动化测试与控制系 专 业 测控技术与仪器 班 号 120110623 任务起至日期 2014 年 12 月 20 日至 2014 年 12 月 28 日 课程设计题目 串联校正装置设计 已知技术参数和设计要求 设单位反馈系统开环传递函数为 126 11 1 1 1060 K Gs sss 要求设计一串联校正装置 使系统满足 1 输入速度为 1 rad s 时 稳态速度误差不大于 1 126 rad 2 开环放大系数不变 3 相角裕度不小于 30 截止频率为 20 rad s 工作量 1 人工设计 利用半对数坐标纸手工绘制系统校正前后及校正装置的 Bode 图 并确定出校正装 置的传递函数 验算校正后系统是否满足性能指标要求 2 计算机辅助设计 利用 MATLAB 语言对系统进行辅助设计 仿真和调试 工作计划安排 人工设计校正网络 计算机辅助设计 利用 MATLAB 语言对系统进行辅助设计 仿 真和调试 同组设计者及分工 指导教师签字 年 月 日 教研室主任意见 教研室主任签字 年 月 日 注 此任务书由课程设计指导教师填写 注 此任务书由课程设计指导教师填写 哈尔滨工业大学课程设计说明书 论文 1 人工设计人工设计 已知技术参数和设计要求 设单位反馈系统开环传递函数为 126 11 1 1 1060 K Gs sss 要求设计一串联校正装置 使系统满足 4 输入速度为 1 rad s 时 稳态速度误差不大于 1 126 rad 5 开环放大系数不变 6 相角裕度不小于 30 截止频率为 20 rad s 哈尔滨工业大学课程设计说明书 论文 1 63 1 1 89 63 1 10 1 1 9 8 1 c ss ss G 即 校正装置电路参数校正装置电路参数 由校正装置传递函数 1 63 1 1 89 63 1 10 1 1 9 8 1 c ss ss G 设计滞后超前电路网络 此网络传递函数 2211212211 22112211 2 2 CRCRsCRCRCRs CRCRsCRCRs U U sr sc 由于 sr sc c U U G 所以据此求解可得 到电阻 R 和电容 C R1 45 5 C1 220 F 解得R2 8 9 C2 1F 哈尔滨工业大学课程设计说明书 论文 二 计算机辅助设计二 计算机辅助设计 Simulink 仿真框图仿真框图 校正前 Step Scope 75600 s 70s 600s 32 Transfer Fcn 校正后 Step Scope 4 239e07s 3 773e08 560 7s 6 976e04s 2 217e06s 2 994e06s 432 Transfer Fcn 阶跃响应曲线阶跃响应曲线 校正前 哈尔滨工业大学课程设计说明书 论文 012345678 2 1 5 1 0 5 0 0 5 1 1 5 x 10 9 Step Response Time seconds Amplitude 校正后 00 10 20 30 40 50 60 7 0 0 5 1 1 5 Step Response Time seconds Amplitude Bode 图图 哈尔滨工业大学课程设计说明书 论文 10 2 10 1 10 0 10 1 10 2 10 3 10 4 270 225 180 135 90 Phase deg Bode Diagram Gm 13 3 dB at 53 5 rad s Pm 34 2 deg at 19 8 rad s Frequency rad s 150 100 50 0 50 100 Magnitude dB 根轨迹图根轨迹图 校正前 Root Locus Real Axis seconds 1 Imaginary Axis seconds 1 200 150 100 50050100 150 100 50 0 50 100 150 校正后 校正前 校正后 哈尔滨工业大学课程设计说明书 论文 300 250 200 150 100 50050100 250 200 150 100 50 0 50 100 150 200 250 Root Locus Real Axis seconds 1 Imaginary Axis seconds 1 Nyquist 图 校正前 整体图 15 10 50 250 200 150 100 50 0 50 100 150 200 250 Nyquist Diagram Real Axis Imaginary Axis 局部放大图 哈尔滨工业大学课程设计说明书 论文 7 6 5 4 3 2 10 4 3 2 1 0 1 2 3 4 Nyquist Diagram Real Axis Imaginary Axis 校正后 整体图 80 70 60 50 40 30 20 100 1500 1000 500 0 500 1000 1500 Nyquist Diagram Real Axis Imaginary Axis 局部放大图 哈尔滨工业大学课程设计说明书 论文 10 9 8 7 6 5 4 3 2 101 8 6 4 2 0 2 4 6 8 Nyquist Diagram Real Axis Imaginary Axis 3 3 设计结论设计结论 通过人工设计求出校正装置的传递函数以及校正装置的电路参数 设计出滞后超前 的串联校正装置 经过计算机仿真验算了校正前后的 Bode 图 阶跃响应等特性合乎预 期要