自动控制课程设计自动控制课程设计.doc

一、设计题目及要求 一个位置随动系统如图所示（ksm3） 其中，自整角机、相敏放大，可控硅功率放大，执行电机，减速器。 1、画出未校正系统的Bode图，分析系统是否稳定。 2、画出未校正系统的根轨迹图，分析闭环系统是否稳定。 3、对系统进行超前-滞后串联校正。要求校正后的系统满足指标： （1）幅值稳定裕度Gm18，相角稳定裕度Pm35o （2）系统对阶跃响应的超调量Mp36%，调节时间Ts 0.3秒。 （3）系统的跟踪误差Es0.002。 4、计算校正后系统的剪切频率Wcp和((穿频率Wcs 5、给出校正装置的传递函数。 7、在SIMULINK中建立系统的仿真模型，在前向通道中分别接入饱和非线性环节和回环非线性环节，观察分析非线性环节对系统性能的影响。 8、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响（自由发挥）。 二、 位置随动系统的原理分析 2.1位置随动系统工作的基本原理 位置随动系统的基本原理图如下图1-1所示： 图1-1 位置随动系统的原理图 位置随动系统工作原理： 位置随动系统通常由测量元件、放大元件、伺服电动机、测速发电机、齿轮系以及绳轮等基本环节组成，它通常采用负反馈控制原理进行工作，其原理图如图1-1所示。 在图1-1中，测量元件为由电位器Rr 和Rc组成的桥式测量电路。负载就固定在电位器Rc的滑臂上，因此电位器Rc的输出电压Uc和输出位移成正比。当输入位移变化时，在电桥的两端得到偏差电压ΔU=Ur-Uc，经放大器放大后驱动伺服电机，并通过齿轮系带动负载移动，使偏差减小。当偏差ΔU=0时，电动机停止转动，负载停止移动。此时δ=δL,表明输出位移与输入位移相对应。测速发电机反馈与电动机速度成正比，用以增加阻尼，改善系统性能。 2.2位置随动系统的基本组成环节 2.2.1 自整角机 作为常用的位置检测装置，将角位移或者直线位移转换成模拟电压信号的幅值或相位。自整角机作为角位移传感器，在位置随动系统中是成对使用的。与指令轴相连的是发送机，与系统输出轴相连的是接收机。 (1-1) 这里。在零初始条件下，对上式求其拉普拉斯变换，可求得电位器的传递函数。则其传递函数如下式所示： (1-2) 2.2.2减速器 (1-9) 拉普拉斯变换为： (1-10) 传递函数 (1-11) 式中i为减速比。 由此可得到系统方框图如下1-6所示： 减速器 一个位置随动系统如图所示（ksm3）  三、校正前的博德图 3.1开环系统的博德图 （1）、位置随动系统的开环传递函数为： G0（S）=G1（S）·G2·（S）·G3·（S）·G4（S） = =599.5 比例环节 惯性环节 振荡环节 积分环节 、在对数幅频特性上能找到横坐标=1，纵坐标一点a，过点a作斜率为-20的斜线，此斜线为比例环节和积分环节叠加的结果。 计算出各环节转折频率=，c1=,c2=,c3= 将它们由小到大的顺序排列，在对数幅频特性图上，按下列原则一次改变系统L（）的斜率： 若过惯性环节的转折频率，斜率减去； 若过比例积分环节的转折频率，斜率加上； 若过振荡环节的转折频率，斜率减去； 若过二阶微分环节的转折频率，斜率减去。 对数幅频特性如图（1）所示， L()/dB 80 60 40 20 0 1 13 143 599 /(rad·s-1) -20 -40 -60 -80 3.2 用MATLAB软件做出的系统校正前的博德图如图所示 模拟程序如下： Z=[5995000]; P=[0,-142.8,-598.8,-134.9,-9.52]；k=886.02; h=zpk(z,p,k); bode(h); grid 运行结果如下图所示： 原系统的Bode图 对系统进行分如下： a确定各交接频率w及斜率变化值 最小相位惯性环节： =1， 斜率减小20db/dec; 最小相位惯性环节：=1/0.01 斜率减小20db/dec; 最小交接频率：=1 b绘制频段（）渐进特性曲线。 有20㏒（20/w