哈工大自动控制原理大作业

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。

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P L C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：李俊学号： 0730114326指导教师：郭丽华lihuaguo2008@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。

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%。

自动控制理论实验报告班号：1206161学号：1120610827姓名：郎秋生实验三 采用PI 的串联校正一、实验原理、内容及步骤1、原系统的原理方块图未校正系统的方块图如下所示：50(0.061)S S +()C S ()R S ×+-要求设计PI 串联校正装置，校正时使用期望特性开环传递函数为典型II 型并使系统满足下列指标：%25≤p σs t s 84.0≤校正网络的传递函数为：()101c R CS G s R CS+=校正后的方块图为：101R CS R CS+K50(0.061)S S +()C S ()R S ×+-2、系统校正前后的模拟电路图+-+-+-20K20K20K20K10K10K1u3u ()R t ()C t图1 校正前系统模拟电路图+-+-+-20K20K20K10K10K1u3u()C t +-+-3R 2R 6.47u1R 100K100K()R t图2 系统校正后的模拟电路图二、实验结果1、未校正系统的性能指标 理论分析：系统固有部分的分析： 原系统的开环传函：()()()502500/30.06150/3G s s s s s ==++对于二阶系统：()2=2nn G s s s ωζω+（） 可得：12500328.87n s ω-==，50/30.292nζω==固有系统单位阶跃响应的超调量为：2exp()100%38.6%1p M ζπζ=-⨯=-调整时间：40.48s nt s ζω==实验中测得的未校正系统的阶跃响应曲线如下所示：由响应曲线可知：实测的系统的超调量为33.3% 调整时间为0.419s 。

实测值 理论值 超调量 33.3% 38.6% 调整时间 0.425s 0.48s由上表可知，对比理论值与实际值，相差不大，在误差允许的范围内，测量结果正确。

2、校正系统的性能指标 理论分析：校正参数设计如下：(1)对于具有中频宽系统，时域响应与频域响应的指标间的经验公式如下：()1s cK t πω=()0.160.41p r M σ=+-()()22 1.51 2.51r r K M M =+-+-(2)典型Ⅱ型系统的bode 图分析：aK cω1ω2ωh12h +开环传函：()1221111a K s G s s s ωω⎛⎫+ ⎪⎝⎭=⎛⎫+ ⎪⎝⎭，中频宽2111r r M h M ωω+==-，振荡度11rh M h +=- (3)系统要求的指标要求：25%p M ≤，0.84St s ≤。

哈工大自动控制原理大作业Harbin Institute of Technology课程设计说明书（论文）课程名称：自控控制原理大作业设计题目：控制系统的矫正院系：自动化测试与控制系班级：设计者：学号：指导教师：强盛设计时间： 2016.12.21哈尔滨工业大学题目88. 在德国柏林，磁悬浮列车已经开始试验运行，长度为 1600m的M-Bahn号实验线路系统代表了目前磁悬浮列车的发展水平。

自动化的磁悬浮列车可以在较短的时间内正常运行，而且具有较高的能量利用率。

车体悬浮控制系统的框图模型如图 8 所示，试设计一个合适的校正网络，使系统的相位裕度满足45°≤γ≤55°，并估算校正后系统的阶跃响应。

图 8 题 8 中磁悬浮列车悬浮控制系统一、人工设计利用半对数坐标纸手工绘制系统校正前后及校正装置的Bode图，并确定出校正装置的传递函数。

验算校正后系统是否满足性能指标要求。

1)未校正系统的开环频率特性函数应为：G0(jω)=1s2(s+10)1s2 (s 10)2)未校正系统的幅频特性曲线图如下：由图中可以得出:ωc=√K=0.316 rad/s 对应的相位裕度为:γ(ωc)=180°−180°−arctan(ωc10)=−1.81°3)超前校正提供∅(m)=50°4)a−1a+1=sin50°解得 a=7.55)−10lga=−8.75dB,得到ωm=0.523 rad/s6)1T =√aωm=1.43 rad/s 1aT=0.19 rad/s7)G C(s)=1+5.3s1+0.7s10-210-1100101102二、计算机辅助设计利用MATLAB语言对系统进行辅助设计、仿真和调试g = tf(1,[1 10 0 0]);gc = tf([5.3 1],[0.7 1]);ge = tf([5.3 1],conv([0.7 1],[1 10 0 0]));bode(g,gc,ge);gridlegend('uncompensated','compensator','compensated')[kg,r,wg,wc]=margin(ge)系统校正前后及校正装置的Bode图:性能指标：kg =18.3027 r =47.0334 wg =3.4822 wc =0.5273 满足题目要求。

目 录1. 题目要求 (1)1) 零件结构图 (1)2) 自动检测项目 (1)3) 工作量 (1)4) 设计内容及说明 (1)2. 检测系统模块设计 (2)1) 定位装置 (2)2) 孔加工的检测 (2)3) 面A、面B加工的检测 (3)4) 孔内径和凸台外径精度的检测 (3)5) 零件重量检测 (5)6) 产品标签检测 (6)7) 剔除及计数装置 (6)3. 主要传感器的选用及其经济性分析 (7)1） 对射型光电开关传感器 (7)2） 气动量头 (8)3） S型压力变送器 (8)4） 反射型光电开关传感器 (9)4. 方案示意图 (9)5. 检测系统装置总布局 (11)参考文献 (11)题目三：零件质量的自动化检测系统设计1.题目要求1)零件结构图零件尺寸及精度要求如图1所示。

图 1 零件结构图2)自动检测项目a)孔是否已加工？b)面A和B是否已加工？c)孔φ15±0.01精度是否满足要求？d)凸台外径φ40±0.012精度是否满足要求？e)零件质量20±0.01kg是否满足要求？f)产品标签（白色）是否帖正或漏帖？g)如果不合格将其剔除到次品箱；h)对合格产品和不合格产品进行计数。

3)工作量a)设计一套检测装置，能完成所有检测内容；b)说明书一份，说明各个检测内容采用什么传感器，如何实现；c)自动检测流程图一份。

4)设计内容及说明要求将检测装置画出，能完成所有检测内容；在完成自动检测功能的基础上，要求费用最少，以提高经济效益；检测装置结构简单可靠、易于加工和实现；自动检测流程图要求详细正确。

2.检测系统模块设计1)定位装置由于本系统为自动化检测，并且许多检测装置为接触式或非接触式，与工件有严格的配合精度，因此零件位置的准确度十分重要，因此需要一套自动化定位装置。

定位实现过程如图2所示。

从图2可以看出，定位系统是由定位环实现的，定位环由气动装置驱动，受PLC 控制。

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。