哈工大自动控制系统原理 大作业

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-14秒，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：0222s+0.10.025(20s 1)G =0.1(s 0.14)(1)44s s s s s +=++++ 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，10.05/w rad s =，0dB/dec;振荡环节，22/w rad s =，-40dB/dec;稳态速度误差：0202s+0.1e ()lim (s)lim 0.025(s 0.14)ss s s sG ss s →→∞===++。

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-14秒,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： 11e ()4k 0.025kss v ∞=== 解得K=160；将K=160带入，对应的传递函数为：0222s+0.14(20s 1)G (s)=1600.1(s 0.14)(1)44s s s s s +=++++ 则校正前（加入k=160的放大倍数后）幅值穿越频率：018.00/c w rad s =，相位裕度：o 00.1631c r =； （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：111G (s)T 1c aT s s +=+ 设计后要求o =50γ,则o 0-=500.163149.8369o o γγ-=；a 满足：01sin 49.83691a a -=+ 解得：a =7.33，取a =8.取1010/18.00/c w rad s w rad s =<=作为第一个转折频率，取第二个转折频率为21*80/w a w rad s ==；在伯德图上过3rad/s 处做斜率为-20dB/dec 的线。

哈⼯⼤PLC⼤作业《可编程控制器》课程设计院系：天平学院专业：机械制造及其⾃动化班级：0823姓名：俊学号：0730114326指导教师：郭丽华lihuaguo2008163.⽬录⽬录………………………………………………………………第⼀章交通信号控制系统实况.................................1.1⼗字路⼝交通灯控制实际情况描述.............................1.2 结合⼗字路⼝交通灯的路况画出模拟图.........................第⼆章可编程控制器程序设计.................................2.1 ⼗字路⼝交通灯模拟控制时序图.............................2.2可编程控制器I/O端⼝分配...................................2.3程序梯形图及语句表.......................................第三章总结.................................................3.1程序调试...............................................3.2 难点分析...............................................3.3 PLC智能化控制交通灯的⽅法................................3.4 收获与体会.............................................. 参考⽂献....................................................第⼀章交通信号控制系统分析1.1⼗字路⼝交通灯控制实际情况描述（1）南北⽅向绿灯和东西⽅向的绿灯不能同时亮；如果同时亮，则应⾃动⽴即关闭信号灯系统，并⽴即发出报警信号。

实验一 典型环节的时域响应一、实验目的1、掌握典型环节模拟电路的构成方法、传函及输出时域函数的表达式。

2、掌握各典型环节的特征参数的测量方法。

3、熟悉各种典型环节的阶跃响应曲线。

二、实验设备Pc 机一台，TD-ACC+教学实验系统一套三、实验原理及内容1、比例环节 1）结构框图图1-1 比例环节的结构框图2）传递函数K S R S C =)()( 3）阶跃响应K t C =)( )0(≥t 其中 01/R R K =4）模拟电路图1-2 比例环节的模拟电路图注：图中运算放大器的正相输入端已经对地接了100k 电阻。

不需再接。

2、积分环节1）结构框图图1-3 积分环节的结构框图2）传递函数TSS R S C 1)()(= 3）阶跃响应t Tt C 1)(=)0(≥t 其中 C R T 0= 4）模拟电路图1-4 积分的模拟电路图3、比例积分环节1）结构框图图1-5 比例积分环节的结构框图2）传递函数 TSK S R S C 1)()(+= 3）阶跃响应t TK t C 1)(+= )0(≥t 其中 01/R R K = ；C R T 0= 4）模拟电路图1-6 比例积分环节的模拟电路图4、惯性环节1）结构框图图1-7 惯性环节的结构框图2）传递函数3）阶跃响应)1()(/T t e K t C --= 其中 01/R R K = ；C R T 1=4）模拟电路图1-8 惯性环节的模拟电路图四、实验步骤1、按图1-2比例环节的模拟电路图将线接好。

检查无误后开启设备电源。

2、将信号源单元的“ST ”端插针与“S ”端插针用“短路块”。

将信号形式开关设在“方波”档，分别调节调幅和调频电位器，使得“OUT ”端输出的方波幅值小于5V ，周期为10s 左右。

3、将方波信号加至比例环节的输入端R （t ），用示波器的“CH1”和“CH2” 表笔分别监测模拟电路的输入R （t ）端和输出C(t)端。

记录实验波形及结果。

Harbin Institute of Technology三轴转台内环控制系统课程名称：自动控制原理院系：班级:设计者：学号:设计时间：2016。

1。

1哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学一、背景描述三轴转台是应用在半实物仿真系统中，模拟被测物体姿态变化的装置.本文研究的主要内容是三轴转台的内环控制系统。

二、问题描述技术要求：最大角速度400/o s ,最大动态踪误差0.02o ss e ≤；频带宽度148c s ω-≥，相位裕度45oγ=。

固有系统传递函数： 原题如下:修改后如下:三、求解过程设，为待定的补偿装置传递函数，。

设计要求为0.02oss e ≤令0。

02=,则K=2系统开环传递函数如下:E s θ sU s + —G C s G 0 s对数幅频特性方程如下：令，得剪切频率。

相位裕度：由bode图中校正前的图像可知需采用超前补偿的方法，加入校正装置如下：可求得：,得哈尔滨工业大学所以校正后的传递函数：校正后的相位裕度：性能要求系统相位裕度为，而校正后的系统相位裕度为，符合要求. 令,得校正后的剪切频率：:校正前与校正后的系统bode图如下哈尔滨工业大学四、计算机辅助设计观察系统的单位阶跃相应曲线：哈尔滨工业大学五、校正装置电路图电路元件参数为：R2=1.3kΩ R3=6.0kΩ C1=28.1μF C2=12.8μF六、结论校正后的传递函数:哈尔滨工业大学校正后的相位裕度：:校正后的剪切频率七、设计后的心得体会经过本次大作业的设计，我深刻体会到了基础知识的重要性：熟练掌握相关基础知识有利于理解文献和软件的高级操作.哈尔滨工业大学。

哈工大自动控制原理大作业一、设计任务：在新材料的分析测试工作中，需要在较宽的参数范围内真实再现材料的实际 工作环境。

从控制系统的角度出发，可以认为，材料分析设备是一个能准确 跟踪参考输入的伺服系统。

该系统的框图如图所示。

7. 继续参考题6给出的系统，试设计一个合适的超前校正网络，使系统的相角裕度为50，调节时间小于4秒（按2%准则），稳态速度误差常数为2秒-1。

二、设计过程： 原传递函数 ()042(1)(2)(1)(1)2G s s s s s s s ==++++ 转折频率为11ω=和22ω=，剪切频率122c ωωω==Bode 图如下：系统的相位裕度218090arctan 2arctan02γ=---= 为了满足相位裕度50γ≥的条件，需要对系统进行超前补偿。

由于要求稳态速度误差常数为2秒-1,所以放大系数K=2，即K 保持不变。

取50γ=，11 1.3sin sin 50r M γ=== 22 1.5(1) 2.5(1)s r r c t M M πω⎡⎤=+-+-⎣⎦且要求s t 小于四秒。

求得 2.1c ω≥，Mr Mr c 12-≤ωω知50.02≤ω。

所以根据设计要求50.02≤ω在Bode 图上进行设计，取2.02=ω（为了计算方便）求得串联超前校正环节传递函数11012.0)(++=s ss Gc 并且作图如下：补偿之后的系统传递函数为)110)(12)(1()12.0(2)()()(++++==ss s s ss Go s Gc s G 相位裕度18090arctan 22.5arctan 4.5arctan 2.25arctan 0.4150.21γ=-+---=1 1.3sin 50.21r M ==，22 1.5(1) 2.5(1) 3.82s r r c t M M s πω⎡⎤=+-+-=⎣⎦ 均满足设计条件。

2、计算机辅助设计： (1)校正前伯德图M a g n i t u d e (d B )1010101010P h a s e (d e g )Bode DiagramGm = 3.52 dB (at 1.41 rad/sec) , P m = 11.4 deg (at 1.14 rad/sec)Frequency (rad/sec)（2）校正后伯德图-200-150-100-50050M a g n i t u d e (d B )101010101010P h a s e (d e g )Bode DiagramGm = 34.2 dB (at 14.1 rad/sec) , P m = 50.9 deg (at 1.57 rad/sec)Frequency (rad/sec)（3）三个伯德图Bode DiagramFrequency (rad/sec)10101010101010P h a s e (d e g )M a g n i t u d e (d B )3、单位阶跃响应曲线以及单位速度响应曲线01234567891012345678910Linear Simulation ResultsTime (sec)A m p l i t u d eStep ResponseTime (sec)A m p l i t u d e0123456789100.20.40.60.811.21.44、校正后阶跃响应图三、校正装置电路图C1 1uFC210pF+-OU TR1 1M R2 1MR0100k三、设计结论：校正后的系统相位裕度为50.9，调节时间为3秒，稳态速度误差常数为2，符合要求。

自动控制原理大作业（设计任务书）：院系：班级：学号：5. 参考图 5 所示的系统。

试设计一个滞后-超前校正装置，使得稳态速度误差常数为20 秒-1，相位裕度为60度，幅值裕度不小于8 分贝。

利用MATLAB 画出 已校正系统的单位阶跃和单位斜坡响应曲线。

+一．人工设计过程1.计算数据确定校正装置传递函数为满足设计要求，这里将超前滞后装置的形式选为)1)(()1)(1()(2121T s T s T s T s K s G cc ββ++++= 于是，校正后系统的开环传递函数为)()(s G s G c 。

这样就有)5)(1()(lim )()(lim 00++==→→s s s K s sG s G s sG K c c s c s v 205==cK所以100=c K这里我们令100=K ，1=c K ，则为校正系统开环传函)5)(1(100)(++=s s s s G首先绘制未校正系统的Bode 图由图1可知，增益已调整但尚校正的系统的相角裕度为︒23.6504-，这表明系统是不稳定的。

超前滞后校正装置设计的下一步是选择一个新的增益穿越频率。

由)(ωj G 的相角曲线可知，相角穿越频率为2rad/s ，将新的增益穿越频率仍选为2rad/s ，但要求2=ωrad/s 处的超前相角为︒60。

单个超前滞后装置能够轻易提供这一超前角。

一旦选定增益频率为2rad/s ，就可以确定超前滞后校正装置中的相角滞后部分的转角频率。

将转角频率2/1T =ω选得低于新的增益穿越频率1个十倍频程，即选择2.0=ωrad/s 。

要获得另一个转角频率)/(12T βω=，需要知道β的数值， 对于超前校正，最大的超前相角m φ由下式确定11sin +-=ββφm 因此选)79.64(20==m φβ，那么，对应校正装置相角滞后部分的极点的转角频率为)/(12T βω=就是01.0=ω，于是，超前滞后校正装置的相角滞后部分的传函为1100152001.02.0++=++s s s s 相角超前部分：由图1知dB j G 10|)4.2(|=。

Harbin Institute of Technology机械系统自动控制技术大作业报告题目：伺服控制系统的控制特性研究班级：作者：学号：指导教师：郝明晖郝双晖时间：2015.5.6哈尔滨工业大学摘要交流伺服系统的性能指标可以从调速范围、定位精度、稳速精度、动态响应和运行稳定性等方面来衡量。

本文主要以交流伺服系统为例进行伺服控制系统的控制特性分析。

一、引言“伺服系统”是指执行机构按照控制信号的要求而动作，即控制信号到来之前，被控对象时静止不动的；接收到控制信号后，被控对象则按要求动作；控制信号消失之后，被控对象应自行停止。

伺服系统的主要任务是按照控制命令要求，对信号进行变换、调控和功率放大等处理，使驱动装置输出的转矩、速度及位置都能灵活方便的控制。

图1 伺服系统构成二、伺服系统分类伺服系统的分类方法很多,常见的分类方法有以下三种.（1）按被控量参数特性分类；（2）按驱动元件的类型分类：伺服控制系统按所用控制元件的类型可分为机电伺服系统、液压伺服系统（液压控制系统）和气动伺服系统；（3）按控制原理分类.伺服系统可分为开环控制伺服系统、闭环控制伺服系统和半闭环控制伺服系统。

常见的四种伺服控制系统有液压伺服控制系统、交流伺服控制系统、直流伺服控制系统、电液伺服控制系统，下面以交流伺服系统为例进行其控制特性分析。

图2 交流控制原理三、性能分析交流伺服系统的性能指标可以从调速范围、定位精度、稳速精度、动态响应和运行稳定性等方面来衡量。

低档的伺服系统调速范围在1:1000以上，一般的在1:5000—1:10000，高性能的可以达到1:100000以上；定位精度一般都要达到±1个脉冲，稳速精度，尤其是低速下的稳速精度比如给定1rpm时，一般的在0. 1 rpm以内，高性能的可以达到±0.01 rpm 以内；动态响应方面，通常衡量的指标是系统最高响应频率，即给定最高频率的正弦速度指令，系统输出速度波形的相位滞后不超过90或者幅值不小于50%。