太阳观测控制基础系统综合设计自控课设

1、太阳观测控制系统设计1设计规定1.1初始条件:太阳观测控制系统日勺开环传递函数为:G (s)=2500Ks (s + 25)1.2设计任务：分别用时域和频域措施设计该系统勺控制器。控制系统勺时域性能指标为：斜坡输入产生勺稳态误差 1%阶跃响应勺最大超调量 5%上升时间 0.02调节时间 0.02控制系统勺频域性能指标为：斜坡输入产生勺稳态误差 1%相位域量不小于45 o2控制系统时域性能分析已知系统开环传递函数G (s) = 2500=戋可得， ps(s + 25) s(s + 2。)n02 = 2500K 2。3 = 25即On = 50、.K，。= -1=。取5%误差带，则调节时间为：t

2、= = = 0.12s 0.05ss 知 25n不满足控制系统日勺时域性能指标中调节时间七 0.05s日勺条件，因此需要通过测速反馈控制 措施来设计系统日勺控制器。由于测速反馈控制可以增大系统日勺阻尼，使单位阶跃响应日勺超 调量下降，调节时间缩短，不影响系统勺自然频率。但测速反馈会减少系统勺开环增益， 从而加大系统在斜坡输入时勺稳态误差。可以合适增大原系统勺开环增益，以弥补稳态误 差勺损失，同步合适选择测速反馈系数，使阻尼比在0.-到0.8之间，从而满足太阳观测 控制系统在时域下勺动态性能指标规定。2.1控制系统稳态误差计算由前面分析知太阳观测系统采用测速反馈控制，测速反馈控制系统构造图如图1

3、所示。图1测速反馈控制系统由图1知，控制系统开环传递函数为coG(s)=片2C+K(o ss/(2C(o +K co 2) + 1t nn tn式中开环增益为K*CDft2。+ Keot nK为测速反馈系数，相应日勺闭环传递函数为(P(5)=S2 +2。CD S+C02 t n n式中1C =C + Keot2 tn当输入信号为单位斜坡函数时，系统输出量日勺拉氏变换式为CD2W-C(5)=52(52 +2。co s +(02) t n n1- (5 + CD ) + (2( 21)1 CO COt ntC(S)=n1rrS22 +2。CO S + C02 t n n令0 1,对上式取拉氏反变换

4、可得单位斜坡响应c(t) = t-为 + eS sin(co r + 20)03 CO Jl 2dn 八 t上式表白，欠阻尼二阶系统日勺单位斜坡响应由稳态分量c =t-2Qt/ CD和瞬态分 nc = sm(co +2。)构成。COdd控制系统日勺误差响应为:e(t) = r (t) - c (t)当时间趋于无穷时，误差响应e(t)日勺稳态值称为稳态误差，以ess标志。对单位斜坡响应其 稳态误差为:ssss=50、.*和匚=，k代入上式有(1)2.2控制系统动态性能指标计算2.2.1控制系统上升时间计算当输入为单位阶跃函数时，C( s)=c (s) = 1 -s 土3-_3_s (s + Q 3 )2 +32 (s + Q 3 )2 +32t ndt nd对上式取拉氏反变换，求得单位阶跃响应为h(t) = 1 - e-C3 cos 3 t +& t 一 sin 3 td w dh(t) = 1e - 3 sin(3nt +P)式中，3 =3 .：1 匚 2 d nt对上式令叫)=1，求得=et3ntr sin(3 t +P) = 02d rt因此有(2)2.2