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自动控制原理大作业报告

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背景：卫星通讯具有通讯距离远、覆盖范围大、通讯方式灵活、质量高、容量大、组网迅速基本不受地理和自然环境限制等一系列优点。

近来，采用小口径天线的车载卫星天线得到越来越广泛的应用。

系统采用8052单片机，对步进电动机运转和锁定进行有效控制。

在我做的大作业中选取了其中自动控制的部分进行分析和校正。

系统的提出：天线方位角位置随动系统建摸系统的原理图如图所示。

系统的任务是使输出的天线方位角θ0(t)跟踪输入方位角θi(t)的变化，试建立该系统的数学模型。

系统的参数值如下：电源电压V=10v；功率放大器的增益和时间常数K1=1，T1=0.01s；伺服电动机的电枢回路电阻Rd =8Ω，转动惯量Ja=0.02Kg m2，粘性摩擦系数f a=0.01N m s/rad，反电势系数C e=0.5V s/rad，转矩系数C m=0.5N m/A；减速器各齿轮的齿数为Z1=25，Z2= Z3=250；负载端的转动惯量JL=1 Kg m2粘性摩擦系数fL=1N m s/rad。

预定目标：阶跃响应的稳态误差为0，斜坡响应的稳态误差小于5%，阶跃响应的超调量小于25%，调节时间小于0.5s解：采用组合系统建摸法，根据原理图可以将系统划分为六个环节：输入电位器，差分放大器，功率放大器，电动机，减速器和输出电位器。

首先建立各个环节的数学模型，然后将它们组合起来则可得系统的数学摸型。

1环节的数学模型(1) 输入电位器与输出电位器由于输入电位器与输出电位器的线路和电位器的结构均相同，故这两个环节的传递函数是一样的。

对电位器环节的输出电压与输入角位移的特性进行线性化处理则可视其为一比例环节。

由图可知；当动触头位于电位器中心时其输出电压为零；朝前或朝后转动5圈其输出电压变化均为10V。

于是可得它们的传递函数为(2) 差分放大器与功率放大器放大器通常工作在放大状态，可不考虑饱和的影响。

差分放大器的时间常数比起功率放大器以及系统的其他环节的时间常数要小得多，可以忽视不计。

故这两个环节的输入输出传递函数分别为差分放大器功率放大器(3) 电动机在小功率伺服系统中直流电动机的结构图中，由于电动机的电枢回路电感很小，可以忽略不计。

图中的J 与f 为折算至电动机轴上系统转动部分的等效转动惯量和等效粘性摩擦系数，其值分别为将具体参数值代入，于是可求得电动机的电枢（空载）电压与转子角位移之间的传递函数为(4) 减速器齿轮减速器的传动比为=250/25=10，于是减速器的传递函数为根据以上分析得到系统方框图：0.318Kc0.10.318输入电位器差分放大器功率放大器电动机减速器11.001+s s1708.103.82+s将系统化为常见的单位负反馈方框图：0.318Kc0.111.001+s s1708.103.82+s根据系统方框图可以求得系统开环传递函数：)1585.0)(101.0(052.0)(++=s s s Kcs G系统闭环传递函数：K s sK c cs s 91.88.17071.10191.8)(23+++=φ系统闭环传递方程：091.88.17071.10123=+++Kc s s s由劳斯判据：s 3 1 170.8 s 2101.71 8.91Kc s 11.7101Kc1.98.81701.7101-⨯s8.91Kc1.7101Kc1.98.81701.7101-⨯>0Kc>0求得：0<Kc<1950因为系统为Ⅰ型系统，所以阶跃响应误差永远为零。

先采用试探法：取Kc=100时，系统开环传递函数为：)1585.0)(101.0(2.5)(++=s s G用matlab 仿真可得系统阶跃响应曲线： clear;G1=tf([16.4*0.318],[0.00585 0.595 1 0]); sys=feedback(G1,1); step(sys);可知超调量为40.8% 调节时间为4.68s 同时可得其斜坡响应的稳态误差为：0.2若取Kc=1000，系统的开环传递函数为)1585.0)(101.0(52)(++=s s G用matlab 仿真可得系统阶跃响应曲线： clear;G1=tf([164*0.318],[0.00585 0.595 1 0]); sys=feedback(G1,1); step(sys);可知超调量为86.4% 调节时间为9.41s 同时可得其斜坡响应的稳态误差为：0.2所以通过以上分析可得，当Kc 取得很小时，系统的动态性能可以满足要求，但是此时的斜坡响应的稳态误差过大。

但当稳态误差满足系统要求，即Kc 较大时，系统的动态性能会很差。

综合考虑各种因素，我决定先取Kc=1000，使稳态误差等于0.02，小于5%，满足系统要求后，采用串联超前校正，保证动态性能满足要求。

Kc=1000，开环传递函数为：)1585.0)(101.0(52)(++=s s G采用matlab 仿真求得开环系统的波特图为： clear;G1=tf([164*0.318],[0.00585 0.595 1 0]); margin(G1);系统的相角裕度为：5.03 截止频率：9.34rad/s 幅值裕度：5.8dB 采用串联超前校正：TsaTs ++11)1585.0)(101.0(52++s s s系统要求：超调量<25%,调节时间<0.5s首先，为了系统的动态性能更好，我把截止频率定在40rad/s 由串联超前校正的原理公式：a L w c lg 10)('''=-在校正前的波特图上可以读出，当w=40rad/s 时，L （w ）=-27dB 。

求得a=500 再由aT wc1=可以求得T=0.001校正环节传递函数：1001.015.0++=s s G c校正后系统开环传递函数为：)1585.0)(101.0)(1001.0()15.0(52)()(++++=s s s s s s G s G c用matlab仿真求校正后波特图和阶跃响应曲线：G1=tf([164*0.318],[0.00585 0.595 1 0]);G2=tf([0.5 1],[0.001 1]);G=series(G1,G2);margin(G);G1=tf([164*0.318],[0.00585 0.595 1 0]); G2=tf([0.5 1],[0.001 1]); G=series(G1,G2); sys=feedback(G ,1);step(sys);此时系统的动态性能如上图所示：超调量为4.69%，调节时间为0.096。

此时系统的动态性能与稳态性能都很完美，完全可以满足系统需要。

但是由于a 的取值取到500，会造成系统的增益太大，性噪比较高，噪声对系统的影响太大，系统仿真虽然很好，但不能应用于实际。

所以我再次进行校正：本次校正中为了将a 的值降低，我取超调量为20%，调节时间为0.4s 根据高阶系统中时域指标与频域指标的换算关系得：）（1Mr .406.10-+=σ求得Mr=1.1又因为rsin 1Mr =，o 65=γ )1(205.2)1(5.12-+-+=Mr K Mr wK t csπ0=可以求得s rad w c /17= 由串联超前校正的原理公式：a L w c lg 10)('''=-在校正前的波特图上可以读出，当w=17rad/s 时，L （w ）=-10.1dB 。

求得a=10 再由aT wc1=可以求得T=0.019，取T=0.02校正环节传递函数：102.012.0++=s s G c校正后系统开环传递函数为：)1585.0)(101.0)(102.0()12.0(52)()(++++=s s s s s s G s G c用matlab 做校正后系统的波特图和阶跃响应曲线： clear;G1=tf([164*0.318],[0.00585 0.595 1 0]); G2=tf([0.2 1],[0.02 1]); G=series(G1,G2); margin(G);系统的相角裕度为：50.7 截止频率：17.2rad/s 幅值裕度：17.6dBclear;G1=tf([164*0.318],[0.00585 0.595 1 0]); G2=tf([0.2 1],[0.02 1]); G=series(G1,G2); sys=feedback(G ,1); step(sys);可知超调量为22% 调节时间为0.47s系统的斜坡响应为：02.0052.01)(==∞Kce ss 满足要求。

系统校正完毕！同时，我在实验箱上做了实际试验： 校正前电路连图：10K10K2.2uf1uf10K10K610K510K1ufR（s ）C （s ）s5.44511.001+s 11.60.21+s%46.800475.20475.26949.3%=-=σs ts1427.75456.06883.7=-=校正后电路连图：10K10K2.2uf1uf10K10K610K510K1ufR （s ）C（s ）1uf20K 400K 400K800Ks5.44511.001+s 11.60.21+s 102.012.0++s s%2.190034.20034.23898.2%=-=σs ts6753.05818.02571.1=-=由于仪器电阻有限，而且在实际试验中有很多不确定因素，所以实验结果存在误差，属于正常现象。

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自动控制实训作业总结报告

自动控制实训作业总结报告

一、前言随着科技的不断发展，自动控制技术在我国得到了广泛的应用。

为了提高我国自动控制技术水平，培养具有实际操作能力的专业人才，我们学院特开设了自动控制实训课程。

通过本次实训，我对自动控制技术有了更深入的了解，以下是对本次实训的总结报告。

二、实训目的1. 了解自动控制的基本原理和常用控制方法；2. 掌握自动控制系统的设计和调试方法；3. 提高动手能力和实际操作技能；4. 培养团队协作精神和创新意识。

三、实训内容1. 自动控制基本原理：学习自动控制系统的组成、分类、工作原理等基本知识。

2. 常用控制方法：掌握比例控制、积分控制、微分控制、PID控制等常用控制方法。

3. 自动控制系统设计：学习自动控制系统的设计方法，包括系统结构设计、参数设计、控制器设计等。

4. 自动控制系统调试：掌握自动控制系统的调试方法，包括系统调试、控制器调试、参数调整等。

5. 自动控制实验：通过实验，验证所学理论知识，提高实际操作能力。

四、实训过程1. 理论学习：通过查阅资料、听讲等方式，了解自动控制的基本原理和常用控制方法。

2. 实验操作：在教师的指导下，进行自动控制系统设计和调试实验。

3. 团队协作：与团队成员共同完成实验任务，培养团队协作精神。

4. 交流讨论：与同学、教师交流学习心得，提高自身综合素质。

五、实训成果1. 掌握了自动控制的基本原理和常用控制方法。

2. 学会了自动控制系统的设计和调试方法。

3. 提高了动手能力和实际操作技能。

4. 培养了团队协作精神和创新意识。

六、实训体会1. 自动控制技术在我国有着广泛的应用前景，学习自动控制技术具有重要意义。

2. 实践是检验真理的唯一标准，通过实训，我对所学理论知识有了更深刻的认识。

3. 团队协作是完成实验任务的关键，学会与他人合作，才能取得更好的成果。

4. 学无止境，在今后的学习和工作中，我将继续努力，不断提高自身素质。

七、总结本次自动控制实训，使我受益匪浅。

通过实训，我对自动控制技术有了更深入的了解，提高了自己的动手能力和实际操作技能。

哈工大自动控制原理大作业

哈工大自动控制原理大作业

自动控制原理大作业1.题目在通常情况下，自动导航小车（AGV ）是一种用来搬运物品的自动化设备。

大多数AGV 都需要有某种形式的导轨，但迄今为止，还没有完全解决导航系统的驾驶稳定性问题。

因此，自动导航小车在行驶过程中有时会出现轻微的“蛇行”现象，这表明导航系统还不稳定。

大多数的AGV 在说明书中都声明其最大行驶速度可以达到1m/s ，但实际速度通常只有0.5m/s ,只有在干扰较小的实验室中，才能达到最高速度。

随着速度的增加，要保证小车得稳定和平稳运行将变得越来越困难。

AGV 的导航系统框图如图9所示，其中12=40ms =21ms ττ， 。

为使系统响应斜坡输入的稳态误差仅为1%，要求系统的稳态速度误差系数为100。

试设计合适的滞后校正网络，试系统的相位裕度达到50 ，并估计校正后系统的超调量及峰值时间。

()R s ()Y s2.分析与校正主要过程2.1确定开环放大倍数K100)1021.0)(104.0(lim )(lim =++==s s s sK s sG K v （s →0） 解得K=100)1021.0)(104.0(100++=s s s G s 2.2分析未校正系统的频域特性根据Bode 图：穿越频率s rad c /2.49=ω相位裕度︒---=⨯-⨯--=99.18)2.49021.0(arctan )2.4904.0(arctan 9018011γ 未校正系统频率特性曲线由图可知实际穿越频率为s rad c /5.34=ω2.3根据相角裕度的要求选择校正后的穿越频率1c ω现在进行计算：︒︒︒--=+=---55550)021.0(arctan )04.0(arctan 901801111c c ωω则取s rad c /101=ω可满足要求2.4确定滞后校正网络的校正函数 由于11201~101c ωω）（=因此取s rad c /110111==ωω）（，则由Bode 图可以列出 40)1lg(20)1lg(40)110lg(2022+=+ωω 解得s rad /1.02=ω于是1.0=β 则滞后网络传递函数为1101)(++=s s s G c ，10=T 2.5验证已校正系统的相位裕度已校正系统的开环传递函数为：)110)(1021.0)(104.0()1(100)()(++++=s s s s s s G s G c 相位裕度︒----=-⨯-⨯-+-=2.51)100(arctan )10021.0(arctan )1004.0(arctan )10(arctan 901801111γ校正后的相位裕度大于50°，满足设计要求。

实验报告-自动控制原理

实验报告-自动控制原理

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〖分析பைடு நூலகம்：______________________________________________________________________
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说明：特征参数为比例增益K和微分时间常数T。
1)R2=R1=100KΩ, C2=0.01µF，C1=1µF；特征参数实际值：K=______，T=________。
波形如下所示：
2)R2=R1=100KΩ, C2=0.01µF，C1=0.1µF；特征参数实际值：K= 1，T=0.01。
波形如下所示：
四、实验心得体会
实验报告
班级
姓名
学号
所属课程
《自动控制原理》
课时
2
实践环节
实验3控制系统的稳定性分析
地点
实字4#318
所需设备
电脑、工具箱
一、实验目的
1.观察系统的不稳定现象。
2.研究系统开环增益和时间常数对稳定性的影响
3.学习用MATLAB仿真软件对实验内容中的电路进行仿真。
2、实验步骤
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自动控制原理大作业,DOC

自动控制原理大作业,DOC

自动控制原理大作业,D O C(总8页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除恒温箱自动控制系统的分析与实现（北京通大学机械与电子控制工程学院，北京 100044）摘要：本文的主要内容是对恒温箱自动控制系统结构图进行分析，画出结构框图，算出传递函数。

在对恒温箱自动控制系统仿真的基础上，在控制器选择，执行机构选型，对象的建模与时域和频域分析等方面进行全面、综合的分析，并对其进行频域校正，针对系统存在的问题找到合适的解决办法，构建校正网络电路，从而使得系统能够满足要求的性能指标。

关键词：增益系统传递函数频域分析频域校正Constant temperature box automatic control system analysis andImplementationZhang Xinjie,Jia Chengcheng,Xian Zhuo,Zhou Jing,Shi Zhen (School of Mechanical, Electronic and Control engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044，China)Abstract：The system is mainly to solve the problem of constant temperature box automatic control system structure diagram analysis, draw the structure diagram, calculate the transfer function. In the constant temperature box automatic control system based on the simulation, in the controller, actuator selection, object modeling and analysis of time domain and frequency domain and other aspects of a comprehensive, integrated analysis, and carries on the frequency domain correction system, aiming at the existing problems to find a suitable solution, constructing a calibration network circuit, thereby enabling the system to to meet the requirements of performance index.Key words: gain transfer function of the system frequency domain analysis frequency domain correction1 工作原理及性能要求恒温箱自动控制系统的工作原理图如图1所示。