自动控制原理课程设计题目速度伺服控制系统设计
专业电气工程及其自动化
姓名
班级
学号
指引教师
机电工程学院
12月
目录一课程设计设计目
二设计任务
三设计思想
四设计过程
五应用simulink进行动态仿真六设计总结
七参照文献
一、课程设计目：
通过课程设计，在掌握自动控制理论基本原理、普通电学系统自动控制办法基本上，用MATLAB实现系统仿真与调试。
二、设计任务：
速度伺服控制系统设计。
控制系统如图所示，规定运用根轨迹法拟定测速反馈系数'
k，以
t
使系统阻尼比等于0.5，并估算校正后系统性能指标。
三、设计思想：
反馈校正：
在控制工程实践中，为改进控制系统性能，除可选用串联校正方式外，经常采用反馈校正方式。常用有被控量速度，加速度反馈，执行机构输出及其速度反馈，以及复杂系统中间变量反馈等。反馈校正采用局部反馈包围系统前向通道中一某些环节以实现校正，。从控制观点来看，采用反馈校正不但可以得到与串联校正同样校正效果，并且尚有许多串联校正不具备突出长处：第一，反馈校正能有效地变化
被包围环节动态构造和参数；第二，在一定条件下，反馈校正装置特性可以完全取代被包围环节特性，反馈校正系数方框图从而可大大削弱这某些环节由于特性参数变化及各种干扰带给系统不利影响。 该设计应用是微分负反馈校正：
如下图所示，微分负反馈校正包围振荡环节。其闭环传递函数为
B G s （）=00t G s 1G (s)K s +（）
=22t
1T s T K s ζ+（2+）+1 =22'1
T s 21Ts ζ++
试中，'
ζ=ζ+
t
K 2T
，表白微分负反馈不变化被包围环节性质，但由于阻尼比增大，使得系统动态响应超调量减小，振荡次数减小，改进了系统平稳性。
微分负反馈校正系统方框图
四、设计过程：
1.未校正系统如下图：
绘制开环传递函数G s H s （）（）=K
s s （+1）
根轨迹图
系统开环极点为1p =0，2p =-1，无开环零点。
（1） 根轨迹有2条，分别起始于1p =0，2p =-1，2条所有终结于无穷
远处。
（2） 根轨迹对称于实轴且持续变化。 （3） 实轴上根轨迹段位于[-1,0]上。 （4） 渐近线2条，渐近线与实轴交点为：
1
1
a 101
22
n m
i j
i j p z
n m
δ==-=---=
=-∑∑
渐近线倾角为：
a
k ,0n 2
k m ππ
ϕ±==±=-（2+1）
（5）依照分离点和会合点公式：
''2
()()()()(21)1()00
N s M s N s M s s s s -=+⨯-+⨯=解得：
1s 2=-， s d N K M s ||
==-（s ）（）
14=- （6）分离点和会合点分离角和会合角均为±090 （7）根轨迹与虚轴交点： 2D s s s k 0=++=（）
2D j j k 0ωωω++=（）=-
由
2k 0ω-+=，0ω=，解得：0k 0ω==， 手工绘制系统根轨迹图：
校正前原系统时域性能指标：
评价控制系统优劣性能指标，普通是依照系统在典型输入下输出响应某些特性值规定。
一方面判断系统稳定性。由开环传递函数知，闭环特性方程为
2
D(s)=s s 100++=
依照劳斯判据知闭环系统稳定。 稳态指标
○
1静态位置误差系数p K P 2s 0s 010K =limG s H s lim s s
→→=∞+（）()=
稳态误差：ss p
1
e 01k
==+
p K 大小反映了系统在阶跃输入下消除误差能力，p K 越大，稳态
误差越小;在阶跃输入时，若规定系统稳态误差为零，则系统至少为Ⅰ型或高于Ⅰ型系统。该系统为Ⅰ型系统，故稳态误差为0.
○
2静态速度误差系数v K v 2s 0s 010K limsG s s lims 10s s
→→==+（）H()=
稳态误差：ss v 11e k 10==
v K 大小反映了系统跟踪斜坡输入信号能力，v K 越大，系统稳态
误差越小；Ⅰ型系统在稳态时，输出与输入在速度上相等，但
有一种与K 成反比常数位置误差。
○
3静态加速度误差系数K a 2
2
s 0s 010K lims G s H s lims 0s s a →→==（）（）=（+1）
ss a
1e K ==∞
K a 大小反映了系统跟踪加速度输入信号能力，K a 越大，系统跟
踪精度越高；
Ⅰ型系统输出不能跟踪加速度输入信号，在跟踪过程中误差越来越大，稳态时达到无限大。 动态指标
系统闭环传递函数
2
C s 10
R(s s s 10=++（））
与典型二阶系统相比，有
2n n 1021ωζω==，
解得：n 3.162ω=， 0.1581ζ=
arctan
arctan 80.60.1581
β==
○
1上升时间r t
r t 0.56s =
=
=
