机器人抓取装置位置控制系统校正装置设计

机器人抓取装置位置控

制系统校正装置设计 Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】

自动控制原理课程设计题目：机器人抓取装置位置控制系统校正装置设计

专业：电气工程及其自动化

姓名：

班级：学号：

指导老师：职称：

郑州航空工业管理学院

机电工程学院

2011年12月

初始条件：

一个机器人抓取装置的位置控制系统为一单位负反馈控制系统，其传递函数为()()()

15.013

0++=s s s s G ，设计一个滞后校正装置，使系统的相角裕

度?=45γ。

设计内容：

1.先手绘系统校正前的bode 图，然后再用MATLAB 做出校正前系统的bode 图，根据MATLAB 做出的bode 图求出系统的相角裕量。

2.求出校正装置的传递函数

3. 用MATLAB 做出校正后的系统的bode 图，并求出系统的相角裕量。

4.在matlab 下，用simulink 进行动态仿真，在计算机上对人工设计系统进行仿真调试，确使满足技术要求。

5.对系统的稳定性及校正后的性能说明

6.心得体会。

1频率法的串联滞后校正特性及方法

特性：当一个系统的动态特性是满足要求的，为改善稳态性能，而又不影响其动态响应时，可采用此方法。具体就是增加一对靠的很近并且靠近坐标原点的零、极点，使系统的开环放大倍数提高β倍，而不影响开环对数频率特性的中、高频段特性。 该方法的步骤主要有：

()1绘制出未校正系统的bode 图，求出相角裕量0γ，幅值裕量g K 。 ()2在bode 图上求出未校正系统的相角裕量εγγ

+=期望处的频率2c ω,2

c ω作为校正后系统的剪切频率，ε用来补偿滞后校正网络2c ω处的相角滞后，通常取??=15~5ε。

()3令未校正系统在2c ω的幅值为βlg 20，由此确定滞后网络的β值。 ()4为保证滞后校正网络对系统在2c ω处的相频特性基本不受影响，可按

10

~

2

1

2

2

2c c ωωτ

ω=

=

求得第二个转折频率。

()5校正装置的传递函数为()1

1

++=

s s s G C βττ ()6画出校正后系统的bode 图，并校验性能指标

2确定未校正前系统的相角裕度 先绘制系统的bode 图如下：

再用MATLAB 程序绘制校正前系统的bode 图，并由MATLAB 计算系统校正前的相角裕度，程序如下。 num=[0,3];

den=conv([1,0],conv([1,1],[,1])); bode=(num,den)

由MATLAB 绘制出的系统校正前的bode 图如图1所示。

图1.校正前系统的bode 图 由图可知：s rad c /41.1=ω

根据公式：()c c c ωωω?5.0arctan arctan 90--?-=

()c ω?γ

+?=180

?=16.0γ

3设计串联滞后校正 确定校正装置的传递函数

取?=5ε时，?=50γ由图1可知：49.02=c ω 由题设的传递函数可知：()1

25.013

2

2++=

A ωωωω

根据公式：()βωlg 20lg 202=A c 可得出12.6=β 取10

12

2ωτ

ω=

=

时，可得出40.20=τ

根据以上数据可求得校正装置的传递函数为：()1

85.1241

4.20++=

s s s G C

用MATLAB 对加入校正网络后的系统开环传递函数进行验证

由理论计算所得的滞后校正传递函数)(s G c 可以确定校正后的系统开环传递函数G （s ）。

()()()()()()()

185.12415.0114.203*0++++=

=s s s s s s G s G s G C 应用MATLAB 对加入滞后校正网络后的传递函数进行验证，程序如下。 num=conv([0,3],[,1]);

den=conv(conv[1,0],([1,1],conv([,1],[,1]))); bode=(num,den)

由MATLAB 绘制出的系统校正后的bode 图如图2所示。

图2.校正后的bode图

根据：()ωω

ω

?4.

ω

ω

-

-

-

?

arctan

=

-

90+

arctan

20

arctan

85

.

5.0

arctan

124

()ω

γ+?

?

=180

可求出：?

γ

45

=36

.

4.误差允许的范围内，在matlab下进行动态仿真

下图是链接好的程序块：

图3校正前的simulink仿真图

图4校正后的simulink仿真图

由以上两图比较可知，未校正前，系统处于临界稳定状态，校正后，系统保持稳定，且在误差允许的范围内达到设计要求。

5.对系统的性能的分析说明

通过未校正前和校正后的bode图，我们可以看出，在系统的稳定性提高的同时，相角裕度也得到了应有的提高、由原来的提高到。总体来说，在确保系统稳定性的前提下、系统的总体性能得到了提高。

6.心得体会

通过这次对控制系统的滞后校正的设计与分析，让我对串联滞后校正环节有了更清晰的认识，加深了对课本知识的进一步理解，也让我更进一步熟悉了相关的MATLAB软件的基本编程方法和使用方法。

在这次课程设计的过程中，从整体思路的构建到具体每一步的实现，过程并不是一帆风顺的，通过复习课本知识以及查阅有关资料确定了整体思路，通过自己在稿纸上演算确定校正网络参数，然后运用MATLAB软件编程验证，作图。在word编辑以及MATLAB软件遇到了一系列问题，通过上网查询或者请教同学都得到了解决，因而设计的过程中也提高了我的软件使用能力

体会到了学习自动控制原理，不仅要掌握书本上的内容，还要灵活思考，善于变换，在提出问题、分析问题、解决问题的过程中提高自己分析和解决实际问题的能力。要把理论知识与实践相结合起来，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。