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Harbin Institute of Technology
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:
指导老师:
设计时间:
哈尔滨工业大学
自动控制原理大作业
设计任务书
考虑图中所表示系统。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50°, 幅值裕度大于或等于8分贝。利用MATLAB画出已校正系统单位阶跃响应和单位斜坡响应曲线。
设计过程
人工设计
1）、 数据计算
由图可知, 校正前开环传输函数为:
其中按频率由小到大分别含有积分步骤和放大步骤, -20dB/dec; 一阶微分步骤, , 0dB/dec;振荡步骤, , -40dB/dec;稳态速度误差: 。显然, 此时相位裕度和稳态速度误差都不满足要求。为满足题目要求, 能够引入超前校正, 提升系统相位裕度和稳态速度误差。
2）、 校正装置传输函数
（1）、 稳态速度误差常数确定
为使稳态速度误差常数为,设加入开环放大倍数为k,加入校正装置后稳态速度误差满足:
解得K=160;
将K=160带入, 对应传输函数为:
则校正前（加入k=160放大倍数后）幅值穿越频率: , 相位裕度: ;
（2）、 校正装置确定
这里采取超前赔偿, 由前面算得k=160, 故设加入校正装置传输函数为:
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线。经计算, 此时幅值穿越频率, 得到校正装置传输函数为:
校正后传输函数为:
3）、 系统校正前后bode图
手工绘制bode图以下:
4）、 性能指标验算数据
设计好后网络传输函数相关数据以下:
幅值穿越频率:
相位裕度:
幅值裕度:
稳态速度误差:
可见设计赔偿网络有效提升了相位裕度, 而且满足稳态误差要求。
计算机辅助设计
1）、 simulink仿真框图
在simulink环境中仿真得以下结果:
图（1）
2）、 bode图
借助matlab语言画出校正前bode图:
图（2）
画出校正后bode图:
图（3）
校正前后及校正网络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）、 性能指标要求其她曲线
校正前后斜坡响应曲线:
图（7）
校正装置电路图
其中, 。
设计结论
校正后传输函数函数为:
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。
设计后心得体会
经过此次设计, 加深了我对系统赔偿网络了解, 尤其是在超前赔偿部分, 对怎样快速选择校正后有了一定体会。电路仿真部分, 使我对mathlab基础应用函数有了一定了解。即使这次设计花费了很多时间, 但收获一样是很丰富。
参考文件
《自动控制原理》
《matlab自动控制原理设计及仿真》
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