2021年哈工大自动控制原理大作业完整版.doc
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自动控制原理大作业
HarbinInstituteofTechnology
自动控制原理设计论文
课程名称:
自动控制原理
设计题目:
液压伺服系统校正
院系:
测控技术与仪器系
班级:
设计者:
学号:
指导教师:
设计时间:
哈尔滨工业大学
自动控制原理大作业
一、设计任务书
考虑图中所示的系统。
要求设计一个校正装置,使得稳态速度误差常数为,相位裕度为,幅值裕度大于或等于8分贝。
利用MATLAB画出已校正系统的单位阶跃响应和单位斜坡响应曲线。
二、设计过程
1、人工设计
1)、数据计算
由图可知,校正前的开环传递函数为:
其中按频率由小到大分别含有积分环节和放大环节,-20dB/dec;一阶微分环节,,0dB/dec;振荡环节,,-40dB/dec;稳态速度误差:
。
显然,此时的相位裕度和稳态速度误差都不满足要求。
为满足题目要求,可以引入超前校正,提高系统的相位裕度和稳态速度误差。
2)、校正装置传递函数
(1)、稳态速度误差常数的确定
为使稳态速度误差常数为,设加入的开环放大倍数为k,加入校正装置后的稳态速度误差满足:
解得K=160;
将K=160带入,对应的传递函数为:
则校正前(加入k=160的放大倍数后)幅值穿越频率:
,相位裕度:
;
(2)、校正装置的确定
这里采用超前补偿,由前面算得k=160,故设加入的校正装置传递函数为:
设计后要求,则;
满足:
解得:
=7.33,取=8.
取作为第一个转折频率,取第二个转折频率为;在伯德图上过3rad/s处做斜率为-20dB/dec的线。
经计算,此时的幅值穿越频率,得到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bode图
手工绘制的bode图如下:
4)、性能指标验算数据
设计好后的网络传递函数相关数据如下:
幅值穿越频率:
相位裕度:
幅值裕度:
稳态速度误差:
可见设计的补偿网络有效的提高了相位裕度,并且满足稳态误差要求。
2、计算机辅助设计
1)、simulink仿真框图
在simulink环境中仿真得如下结果:
图
(1)
2)、bode图
借助matlab语言画出校正前的bode图:
图
(2)
画出校正后的bode图:
图(3)
校正前后及校正网络的bode图:
图(4)
3)、阶跃响应曲线
校正前阶跃响应曲线
图(5)
校正后阶跃响应曲线
图(6)
4)、性能指标要求的其他曲线
校正前后的斜坡响应曲线:
图(7)
三、校正装置电路图
其中,。
四、设计结论
校正后的传递函数函数为:
幅值穿越频率:
相位裕度:
幅值裕度:
稳态速度误差:
满足设计要求。
五、设计后的心得体会
通过此次设计,加深了我对系统补偿网络的理解,特别是在超前补偿部分,对如何快速的选择校正后的有了一定的体会。
电路的仿真部分,使我对mathlab的基本应用函数有了一定的了解。
虽然这次设计花费了很多时间,但收获同样是很丰富的。
六、参考文献
《自动控制原理》
《matlab自动控制原理设计及仿真》
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