哈工大自控原理课设报告-电机

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1、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：控制系统直流电机院系：控制科学与工程-自动化班级：设计者：学号：指导教师：强盛设计时间：2015年3月哈尔滨工业大学一、人工设计41.控制系统校正前的传递函数：42.对于性能指标A：5（1）问题分析：5（2）采用超前校正时：63.对于性能指标B：8（1）问题分析：8（2）减小误差8二、计算机辅助设计81.对于性能指标A8（1）被控对象开环simulink图8（2）被控对象的开环bode图9（3）

2、校正以后的simulink图9（4）校正以后的bode图10（5）最后校正完成的闭环simulink图10（6）阶跃响应时的仿真曲线112.性能指标B11（1）被控对象开环simulink图12（2）被控对象的开环bode图12（3）校正以后的simulink图12（4）超前校正以后的bode图13（5）超前校正之后的闭环simulink图14（6）阶跃响应时的仿真曲线15（7）正弦响应的仿真曲线15（8）用正弦信号输入时，采用顺馈控制的simulink图17（9）加入顺馈控制之后的正弦响应的仿真曲线17三、

3、校正装置电路图191.对于性能指标A：19(1)超前环节的电路参数19(2)放大环节的电路参数202.对于性能指标B：20（1）超前环节和放大环节20（2）顺馈环节20四、设计总结21五、设计心得2220一、人工设计1.控制系统校正前的传递函数：根据直流电机的工作原理及其公式可得：将已知条件代入上式，由于，因此可以忽略，上式第一项变为0.对上式取拉氏变换，得所以传递函数202.对于性能指标A：（1）问题分析：由指标（1），将传递函数改写为系统的闭环特征方程为：所以由劳斯判据可得：53.0181400010该系

4、统稳定，固有传递函数的bode图如下：修改开环放大倍数为40020此时的剪切频率和相角裕度分别为：本题要求超调量，过渡过程时间根据经验公式求得，实际的γ比要求的小很多，因此采用超前校正。（2）采用超前校正时：设串联环节的传递函数为20因此串联超前校正环节的传递函数为：此时的传递函数为：校正后的bode图如下：由bode图可看出，校正后的203.对于性能指标B：（1）问题分析：由于性能指标B的要求与A基本一致，因此采用和A一样的校正环节。符合要求。（2）减小误差由条件（7）（8）得，输入信号为正弦信号，表达式为

5、：为使稳态误差，采用顺馈控制减小稳态误差，这样可以使稳态误差符合设计要求。二、计算机辅助设计1.对于性能指标A（1）被控对象开环simulink图20（2）被控对象的开环bode图20（3）校正以后的simulink图（4）校正以后的bode图20（4）最后校正完成的闭环simulink图（5）阶跃响应时的仿真曲线202.性能指标B（1）被控对象开环simulink图（2）被控对象的开环bode图20（1）校正以后的simulink图20（1）超前校正以后的bode图（5）超前校正之后的闭环simulink图

6、20（6）阶跃响应时的仿真曲线20（7）正弦响应的仿真曲线输入信号输出信号20误差信号（8）用正弦信号输入时，采用顺馈控制的simulink图20（9）加入顺馈控制之后的正弦响应的仿真曲线输出信号20误差信号曲线由输出信号和误差信号的曲线可以看出，输出的正弦信号很平稳，且满足稳态误差的要求。三、校正装置电路图1.对于性能指标A：(1)超前环节的电路参数超前环节的放大倍数:20取,,，，(2)放大环节的电路参数放大环节放大倍数：取，1.对于性能指标B：（1）超前环节和放大环节由于本题采用与性能指标A相同的超前校

7、正环节，因此，超前环节和放大环节的电路图与A相同。（2）顺馈环节20顺馈环节的放大倍数:取,,，，四、设计总结本题给出的是一个机电系统的各项指标，首先需要根据已知条件建立数学模型，列出数学方程式。题目要求的是时域指标，，根据经验公式将其转换为频域指标，。本题中两个性能指标给出的条件基本一致，因此有一部分相同的校正环节。由于固有传递函数的相角裕度小于题目要求，因此采用串联超前校正，将相角裕度和剪切频率增大到题目要求的大小。经过加入超前校正环节后，频域指标变为，。符合性能指标A的要求。20而对于性能指标B，单纯从

8、频域指标的角度考虑，校正方法和性能指标A相同，只需要加入一个超前校正环节；但是性能指标B的输入信号是一个正弦信号，导致存在较大的稳态误差，为了减小稳态误差至要求的范围，需要加入一个顺馈校正环节，再进行仿真之后发现稳态误差已经符合要求。对于校正环节的实现电路，采用带有运算放大器的RC电路，利用和来设计电路的参数。当然在实际操作中可能找不到符合设计值的标准元件，需要根据实际情况进行调整。四、设计心得在本