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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：材料分析系统的设计和校正（第4题）院系：电气工程与自动化学院自动化测试与控制系班级：0901103班设计者：赵闯学号：1090110304指导教师：强盛设计时间：2011.12.114一.任务书哈尔滨工业大学课程设计任务书姓名：赵闯院（系）：电气学院自动化测试与控制系专业：测控技术与仪器（电子测量）班号：0901103任务起至日期：2011年11月19日至2011年12月28日课程设计题目：材料分析系
2、统的设计和校正已知技术参数和设计要求：一、任务材料分析设备是一个能够准确跟踪参考输入的伺服系统，该系统框图如图：(a)当GC=K时，确定K的合适取值，使系统的相角裕度为；（b）试设计一个合适的滞后校正网络，使系统的相角裕度为，速度误差系数为KV=2。二、基本要求1、当GC=K时，K的取值能保证系统的相角裕度等于或稍微大于。2、设计的滞后校正网络能使系统的相角裕度等于或略大于，速度误差系数为KV=2。工作量：一、通过计算及matlab辅助设计完成任务（a）。二、根据要求计算出合适的滞后网络，并绘制Bode图。三、用m
3、atlab的simulink进行仿真，绘制仿真框图，Bode图，阶跃响应曲线，性能指标要求的其他曲线。四、检测设计后的系统是否满足要求五、撰写实验报告14二．设计过程1.人工设计过程（a）易知由于Gc(s)=K，知系统的相位裕度应为，题目要求相角裕度为，则。用matlab解这个方程可解得：由于0.491<1，所以在曲线在积分环节部分便穿越0dB线。易知2*K=，解得K=0.2455下面我们验证一下我们的计算结果，当K=0.2455时，，系统相角裕度为：（b）设G0(s)=技术指标对幅值穿越频率无要求。20lg
4、G0
5、(s)
6、中当时斜率为-20dB/dec。将此段作为中频段，记幅值穿越频率。将20lg
7、G0(s)
8、在的频段向下平移实现在对应点E在0dB线上，过E作-20dB/dec的直线至F，点F角频率。过F作斜率-40dB/dec的直线至处（点G），再过点G作-60dB/dec直线形成折线EFGH。延长FE至D，D的角频率为滞后补偿网络的转折频率。为保证Kv=2设滞后网络为，取，过D作-40dB/dec直线交20lg
9、G0(s)
10、线于O点，点O的角频率为滞后补偿网络的转折频率，AODEFGH即为设计后的开环幅频特性20lg
11、G
12、e
13、。现计算过程如下：设D点坐标（，y1），我们知道E点坐标（,0），线DE斜率-20dB/dec，则：14由，解得y1=13.98设O点坐标（，y2），由于O点在20lg
14、G0
15、线上，且20lg
16、G0
17、过M（1,20lg2）点，同时由于<1，有OM段斜率为-20dB/dec，我们可以得出关系：即：y2=20lg2-20lg又因为OD段斜率-40dB/dec，有：代入y1，y2整理有：又，由已知，补偿后的网络，令其相角裕度即用matlab求解这个方程解得约为0.37rad/s，则=0.074rad/s，=0.013
18、69rad/s14易见本设计满足KV=2的设计要求。现验证其是否满足相位裕度的要求：满足设计要求。综上，串联的滞后网络为串联滞后补偿网络。2.计算机辅助设计过程首先我们绘制未加校正时的系统框图：图1未加校正时的系统框图据此图我们进行simulink仿真，观察其阶跃响应曲线：14图2未加校正时的阶跃特性曲线同时用如下命令绘制未校正时的bode图，并求相角裕度：g=tf(2,[0.5,1.5,1,0]);bode(g);grid;g=tf(2,[0.5,1.5,1,0]);margin(g);grid;做出的bode图
19、如下：14图3未校正时的bode图易见相角裕度不满足要求，故需要加串联校正。（a）根据前面人工计算的结果，我们画出系统框图如下：图4（a）问的系统框图14据此图我们进行simulink仿真，观察其阶跃响应曲线：图5（a）问的阶跃特性曲线我们用如下命令绘制bode图，并求其相角裕度：g=tf(2*0.2455,[0.5,1.5,1,0]);bode(g);grid;g=tf(2*0.2455,[0.5,1.5,1,0]);margin(g);grid;绘制bode图如下：图6（a）问的bode图其相角裕度为53.9度
20、，满足要求。（b）通过人工设计，我们初步选剪切频率，同时通过计算知滞后补偿网络转折频率。由此，我们绘制补偿后的系统框图如下：14图7补偿后的系统框图据此图我们进行simulink仿真，观察其阶跃响应曲线：图8校正后的阶跃响应曲线同时，我们用如下命令绘制校正后bode图，并求相角裕度：g=tf(2*[1/0.074,1],conv([0.5,1.5,1,0],
