HarbinInstituteofTechnology课程设计说明书（论文）课程名称：自动控制原理课程设计设计题目：控制系统的设计与仿真院系：班级：设计者：学号：指导教师：设计时间：2011年12月哈尔滨工业大学1、题目要求（1）、已知控制系统固有传递函数如下：（2）、性能指标要求：（1）、超调量（2）、调节时间（3）、稳态误差e1ss≤0.01252、人工设计1.1人工设计1.1.1计算过程和计算数据（1）将原控制系统的固有传递函数记为按要求的幅值裕度和截止频率求取要求的开环增益。由幅值裕度不低于，得到其中解得由截止频率的定义得到又由于截止频率解得综上可以取要求的开环增益，则令由MATLAB仿真可以看出的相角裕度为不符合要求的至少，幅值裕度和截止频率都符合要求，分别为和。故可以采用串联迟后校正来降低剪切频率而获取更大的相角裕度，从而使系统满足性能指标的要求。（2）在的相频特性上找出相角为的点，该点对应的角频率可以求得，由得到，已达到设计要求的。为了确保相角裕度能够满足设计要求，取。（3）由公式求取串联迟后环节的参数。（4）根据~，取，，并得到（5）根据设计要求和原系统，求出得出校正环节的传递函数为（6）验算。校正后的开环传递函数是为了验证准确，采用MATLAB做上式的对数幅频特性。校正后的相角裕度，幅值裕度，截止频率。验算表明，各项设计要求都已满足。1、摘要题目：第8题要求：设计滞后超前网络使，，结论：经过手动设计分析与实际仿真得出如下结论：（1）手动设计补偿网络为：Gcs=1011.15s+1(10.5s+1)112s+1(10.05s+1)（2）经MATLAB校验并更正网络参数后的补偿网络为：Gcs=30s+1(s+0.5)s+0.1(s+15)或Gcs=10s+1(2s+1)10s+1(115s+1)系统总性能为：σp=19.3%ts=1.82sωc=7.1rad/sγ=65.202、原始参数统计G0s=8s(2s+1)根据题意稳态误差e1ss≤0.0125，既有，首先令开环放大系数为10，使G0s=80s(2s+1)手绘其开环Bode图：80如上图所示：，所以经分析原函数以-40穿过0dB线，需要超前滞后网络校正，并根据期望的幅频特性进行设计。3、手动补偿网络设计因为要求，，所以根据公式：且观察可知，原始网络的已经超过了3.869，所以不再对更改，现只构造网络使Bode图以-20穿过0dB线，并保证长度，但不改变剪切频率。手工Bode图绘制：设计流程：根据，设计超前网络，ω2≤Mr-1Mrωc=1.2，ω3≥Mr+1Mrωc=11，然后设计滞后网络，首先设计使其和原网络的转折点对消，保证网络的低频段与中频段可以直接相连，即，再选定，使得ω2∙ω4=ω3∙ω5，即，保证恢复低频特性，此时滞后超前网络设计完成，补偿网络为：Gcs=1011.15s+1(10.5s+1)112s+1(10.05s+1)4、MATlab的仿真与矫正下面对上述构造的网络进行阶跃响应的仿真，可发现：；，即其性能已经基本满足要求，但各环节系数过于冗长，对于实际硬件的参数要求过高，所以微调其各环节系数，使网络系数优良化，最终通过MATLAB确定补偿网络为：Gcs=10s+1(2s+1)10s+1(115s+1)如图可知：σp=19.3%ts=1.82s，网络性能提升，均满足条件，而且网络参数整数化，便于以后的电气网络形成。阶跃响应为：5、参数总结及电气网络原网络：补偿网络：系统传递框图：系统电气补偿网络（网络硬件参数取约等值）：1.2计算机设计1.2.1被控对象开环Simulink模型图图1-2-1被控对象开环Simulink模型图1.2.2被控对象开环Bode图图1-2-2被控对象开环Bode图1.2.3校正以后的开环Simulink模型图图1-2-3校正以后的开环Simulink模型图1.2.4校正以后的开环Bode图图1-2-4校正以后的开环Bode图从仿真图中可以看到校正后的开环剪切频率为，相角裕度为。1.2.5校正以后的闭环Simulink模型图图1-2-5校正以后的闭环Simulink模型图1.2.6单位阶跃响应仿真曲线图1-2-6单位阶跃响应仿真曲线2.校正装置电路图采用运算放大器和RC网络构成本设计的串联迟后校正装置的电路图。由相应的关系式得电路的传递函数其中在以上的约束条件下根据电阻和电容的标称值，选定合适的的参数，来实现串