课程设计——无线电远程遥控机器人校正

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1、课程设计说明书学院：信息与通信工程学院专业：自动化题目：无线电远程遥控机器人校正课程设计任务书1．设计目的：1.了解串联校正装置在实际控制系统中的应用；2.熟悉串联校正装置对线性系统稳定性和动态特性的影响；3.掌握串联校正装置的设计方法和参数调试技术；4.学会使用MATLAB对系统进行计算机辅助分析与设计。2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：NASA研制一种无线电远程遥控机器人，这可以增强人类在太空的活动能力。遥控机器人示意图如图1所示，其闭环控制系统框图如图2所示。操作员用控制杆对在月球上的机器人实施远程控制，辅助它开展地质勘探，

2、电视系统负责对机器人进行监测。假如地球到月球的距离为，信号传输延时为，机器人时间常数为。（1）确定增益的取值，使系统相角裕度达到，并估算系统阶跃响应的稳态误差；（2）在放大器的后面串联一个合适的滞后校正网络，使系统的阶跃响应的稳态误差减小到。此外，还请画出校正后的阶跃响应曲线。远程操作器控制手输入的动作操作器的位置R(s)-Y(s)图2由地球上的工作站控制的月球上的远程操作器的示意图课程设计任务书3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕：1.采用设计方法为频率响应法；2.用MATLAB绘制相关Bode图，从图上确定相角

3、裕度、幅值裕度、截止频率和闭环极点等；3.用MATLAB绘制校正后系统的单位阶跃响应曲线，以对设计结果进行仿真和检验；4.选择多组参数值，对设计结果进行比较；5.书写设计说明书，要求系统分析和设计的步骤准确、完整、条理；图形绘制准确、清晰。4．主要参考文献：1.薛定宇.反馈控制系统设计与分析.北京：清华大学出版社，20002.黄忠霖.控制系统MATLAB计算及仿真.北京：国防工业出版社，20023.王划一.自动控制原理.北京：国防工业出版社，20105．设计成果形式及要求：设计说明书。要求：系统分析和设计的步骤准确、完整、条理；图形绘制准确、清晰。6．工作计划

4、及进度：2011年2月21日~2月23日熟悉题目查阅资料2月24日~3月3日设计并书写设计说明书3月4日答辩或成绩考核系主任审查意见：签字：年月日一、串联滞后校正原理串联滞后校正是利用校正装置本身的高频幅值衰减特性，使系统零分贝频率下降，从而获得足够的相角裕度。滞后校正具有幅值压缩和相角滞后的特点，即产生负的相角移动和负的幅值斜率。利用赋值压缩，有可能提高幅值的稳定裕度，但将使系统的频带过小；从另一角度看，滞后校正通过赋值压缩，还可以提高系统的稳定精度。滞后矫正一般用于动态平衡性要求严格或稳定精度要求较高的系统。用频率法对系统进行滞后校正的基本原理，是利用滞后

5、校正网络的高频幅值衰减特性校正原系统的低频段，以达到改善系统稳态性能的目的。滞后校正的使用场合：j在系统响应速度要求不高而抑制噪声电平性能要求较高的情况下，可考虑采用串联滞后校正。k保持原有的已满足要求的动态性能不变，而用以提高系统的开环增益，减小系统的稳态误差。滞后校正的不足之处是：校正后系统的截止频率会减小，瞬态响应的速度要变慢；在截止频率处，滞后校正网络会产生一定的相角滞后量。应用频率法设计串联滞后校正网络的步骤如下：根据稳态误差的要求，确定开环增益K。根据所确定的开环增益K，画出未校正系统的波德图，计算未校正系统的相角裕度γ、增益裕度h。根据要求的相位

6、裕量值，确定校正后系统的开环截止频率，此时原系统的相角为ε是用于补偿滞后校正网络在校正后系统开环截止频率处的相角滞后量。通常取ε=5~12°。确定滞后网络参数b。求出b在校正后系统的开环截止频率处原系统的幅值与校正装置的幅值大小相等、符号相反。确定滞后网络参数T。取滞后校正网络的第二个转折频率为求出T画出校正后系统的波德图并验算性能指标是否满足要求。二、理论分析计算（1）确定增益的取值，使系统相角裕度达到，并估算系统阶跃响应的稳态误差；①当没有增益，即=0时，系统的开环传递函数Gk（s）=，此时系统的对数幅频特性为=2令=0，可得系统截止频率=0由相角裕度公式

7、可得：=180°+=180°-57.3××2.56-arttan(0.25)=0所以，没有增益时，系统相角裕度为0。②由方框图可得系统的开环传递函数Gk（s）=,由相角裕度公式可得：=180°+=30°且=-57.3××2.56-arttan(0.25)即180°-146.688-arttan(0.25)=30°整理后为：146.688+arttan(0.25)=150°解得：≈0.933因为为幅值穿越频率，所以有==0，故有=1,即=1解得：k1≈1.027则Gk（s）=当系统为零型时，稳态误差的公式为：e===49.333％（2）在放大器的后面串联一个合适

8、的滞后校正网络，使系统的阶跃响应的稳态