哈工大自动控制原理大作业
哈工大自动控制原理大作业
Harbin Institute of Technology自动控制原理设计论文课程名称：自动控制原理设计题目：液压伺服系统校正院系：测控技术与仪器系班级：设计者：学号：指导教师：设计时间：哈尔滨工业大学自动控制原理大作业一、 设计任务书考虑图中所示的系统。
要求设计一个校正装置，使得稳态速度误差常数为-14秒，相位裕度为，幅值裕度大于或等于8分贝。
利用MATLAB 画出已校正系统的单位阶跃响应和单位斜坡响应曲线。
二、 设计过程1、 人工设计1）、数据计算由图可知，校正前的开环传递函数为：0222s+0.10.025(20s 1)G =0.1(s 0.14)(1)44s s s s s +=++++ 其中按频率由小到大分别含有积分环节和放大环节，-20dB/dec ；一阶微分环节，10.05/w rad s =，0dB/dec;振荡环节，22/w rad s =，-40dB/dec;稳态速度误差：0202s+0.1e ()lim (s)lim 0.025(s 0.14)ss s s sG ss s →→∞===++。
显然，此时的相位裕度和稳态速度误差都不满足要求。
为满足题目要求，可以引入超前校正，提高系统的相位裕度和稳态速度误差。
2）、校正装置传递函数 （1）、稳态速度误差常数的确定为使稳态速度误差常数为-14秒,设加入的开环放大倍数为k,加入校正装置后的稳态速度误差满足： 11e ()4k 0.025kss v ∞=== 解得K=160；将K=160带入，对应的传递函数为：0222s+0.14(20s 1)G (s)=1600.1(s 0.14)(1)44s s s s s +=++++ 则校正前（加入k=160的放大倍数后）幅值穿越频率：018.00/c w rad s =，相位裕度：o 00.1631c r =； （2）、校正装置的确定这里采用超前补偿，由前面算得k=160，故设加入的校正装置传递函数为：111G (s)T 1c aT s s +=+ 设计后要求o =50γ,则o 0-=500.163149.8369o o γγ-=；a 满足：01sin 49.83691a a -=+ 解得：a =7.33，取a =8.取1010/18.00/c w rad s w rad s =<=作为第一个转折频率，取第二个转折频率为21*80/w a w rad s ==；在伯德图上过3rad/s 处做斜率为-20dB/dec 的线。
哈工大PLC大作业
哈⼯⼤PLC⼤作业《可编程控制器》课程设计院系：天平学院专业：机械制造及其⾃动化班级：0823姓名：俊学号：0730114326指导教师：郭丽华lihuaguo2008163.⽬录⽬录………………………………………………………………第⼀章交通信号控制系统实况.................................1.1⼗字路⼝交通灯控制实际情况描述.............................1.2 结合⼗字路⼝交通灯的路况画出模拟图.........................第⼆章可编程控制器程序设计.................................2.1 ⼗字路⼝交通灯模拟控制时序图.............................2.2可编程控制器I/O端⼝分配...................................2.3程序梯形图及语句表.......................................第三章总结.................................................3.1程序调试...............................................3.2 难点分析...............................................3.3 PLC智能化控制交通灯的⽅法................................3.4 收获与体会.............................................. 参考⽂献....................................................第⼀章交通信号控制系统分析1.1⼗字路⼝交通灯控制实际情况描述（1）南北⽅向绿灯和东西⽅向的绿灯不能同时亮；如果同时亮，则应⾃动⽴即关闭信号灯系统，并⽴即发出报警信号。
哈尔滨工业大学自控原理习题答案(第三章)
则根据系统框图可得
代入 ，得
另 ，得到系统的干扰输出
则误差表达式为
若积分环节加在扰动点之前则
， ,
可求得 。
若积分环节加在扰动点之后，则
, ,
可求得
由此可见在扰动点之前的前向通道加入积分环节，才能消除阶跃扰动产生的稳态误差。
3.23
设
则系统的闭环传递函数为：
误差为
将 及 得
闭环特征方程为
又因为 故系统稳定，与参数a，b无关。
若
则有系统的稳态误差
则求出待定系数为
3.29
当a=0时系统的闭环传递函数为：
则根据
得 。
当 ，根据系统的闭环传递函数为
则根据
得a=0.25
3.30
由图3.30所示的单位阶跃响应 ，可得系统的超调量和峰值时间为
又有参数间的关系：
因为系统的开环传递函数为 ，则系统的闭环传递函数为
则
得到参数为
3.34
列Routh表可得
3.12
由系统框图可知系统的开环传递函数为
因为是单位反馈，可得系统的特征方程为
如果要求闭环传递函数的特征根全部位于s=-1垂线之左，可令s=z-1，并代入特征方程，得
建立Routh表
Z3115
z21140K-27
z1 0
z040K-27
令第一列的元素全部为正，可得不等式组
解得K的取值范围为
3.14
由系统框图可以求得系统的开环传递函数为
3.1
图3.1（b）所示的单位阶跃响应具有等幅振荡特性，说明系统的阻尼比 。这与系统主反馈取“-”及内反馈取“0”相对应，因为在这种情况下该二阶系统的传递函数为
图3.1（c）所示单位阶跃响应具有发散特性，说明系统不稳定。这与系统的主反馈取“-”及内反馈取“+”相对应，因为在这种情况下，该二阶系统的传递函数为：
哈工大-自动控制原理八套习题集
A.
2
3s 2 6s 2
C.
2
2s2 6s 3
B.
1
3s 2 6s 2
D.
1
2s2 6s 3
7. 引出点前移越过一个方块图单元时，应在引出线支路上（ ）
A.并联越过的方块图单元
B.并联越过的方块图单元的倒数
C.串联越过的方块图单元
D.串联越过的方块图单元的倒数
8.
设一阶系统的传递 G (s)
6. 梅逊公式主要用来（ ）
A.判断稳定性
B.计算输入误差
C.求系统的传递函数
D.求系统的根轨迹
7. 已知二阶系统单位阶跃响应曲线呈现出等幅振荡，则其阻尼比可能为（ ）
A.0.6
B.0.707
C.0
D.1
8. 在系统对输入信号的时域响应中，其调整时间的长短是与（ ）指标密切相关。
A.允许的稳态误差
B.允许的超调量
41.求图示方块图的传递函数，以 Xi (s)为输入，X0 (s)为输出。
Xi(s) + - + -
+
G1 H2
-
G2
G4
G3 H3
+ + X0(s)
42.建立图示系统的数学模型，并以传递函H数1 形式表示。
x0
k1
k2
fi
M
D
43.欲使图所示系统的单位阶跃响应的最大超调量为 20%，峰值时间为 2 秒，试确定 K 和 K1 值。
37.一阶惯性系统当输入为单位阶跃函数时，如何用实验方法确定时间常数 T ？其调整时间
ts 和时间常数 T 有何关系，为什么？ 38.什么是主导极点？主导极点起什么作用，请举例说明。
自动控制原理课件及习题
试题：自动控制原理班号：姓名：
六、（10分）以上Bode图中A、B、C分别是三个最小相位系统的对数幅频特性，比较
A、B、C三个控制系统的性能。
1)当输入信号 时，三个系统的稳态误差：
2)当输入信号 时，三个系统的稳态误差：
3)当输入信号 时，三个系统的超调量：
4)当输入信号 时，三个系统的调整时间：
2)当闭环极点在阴影线范围内时，求参数 和 应满足的条件。
第4页（共10页）
试题：自动控制原理班号：姓名：
四、（15分）绘制下图所示系统的根轨迹图。
第5页（共10页）
试题：自动控制原理班号：姓名：
五、（15分）已知系统的方框图如下图所示：
1)绘出根轨迹的大致图形；
2)为使根轨迹通过 点，拟加入串联校正装置 ，求τ的数值。
闭环极点
阶跃响应
闭环极点
阶跃响应
A
F
B
G
C
H
D
I
E
J
第2页（共10页）
试题：自动控制原理班号：姓名：
第3页（共10页）
试题：自动控制原理班号：姓名：
三、（10分）控制系统的方框图如下图所示：
1)希望闭环系统的极点位于s平面上 直线的左侧，并且阻尼比 。试在s平面
上画出闭环系统极点的分布范围（用阴影线表示）；
5)三个系统的相角裕度：
（请用＜、＝、＞表示）
第7页（共10页）
试题：自动控制原理班号：姓名：
七、（15分）控制系统的方框图如下图所示：
要求采用串联校正后系统的开环对数幅频特性如下图所示：
1)求校正环节的传递函数；
2)求校正后的相角裕度。（可以利用Bode图中折线求取必要数据）
三轴转台内环控制系统【哈工大自动控制原理 大作业】【范本模板】
Harbin Institute of Technology三轴转台内环控制系统课程名称：自动控制原理院系：班级:设计者：学号:设计时间：2016。
1。
1哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学一、背景描述三轴转台是应用在半实物仿真系统中，模拟被测物体姿态变化的装置.本文研究的主要内容是三轴转台的内环控制系统。
二、问题描述技术要求：最大角速度400/o s ,最大动态踪误差0.02o ss e ≤；频带宽度148c s ω-≥，相位裕度45oγ=。
固有系统传递函数： 原题如下:修改后如下:三、求解过程设，为待定的补偿装置传递函数，。
设计要求为0.02oss e ≤令0。
02=,则K=2系统开环传递函数如下:E s θ sU s + —G C s G 0 s对数幅频特性方程如下：令，得剪切频率。
相位裕度：由bode图中校正前的图像可知需采用超前补偿的方法，加入校正装置如下：可求得：,得哈尔滨工业大学所以校正后的传递函数：校正后的相位裕度：性能要求系统相位裕度为，而校正后的系统相位裕度为，符合要求. 令,得校正后的剪切频率：:校正前与校正后的系统bode图如下哈尔滨工业大学四、计算机辅助设计观察系统的单位阶跃相应曲线：哈尔滨工业大学五、校正装置电路图电路元件参数为：R2=1.3kΩ R3=6.0kΩ C1=28.1μF C2=12.8μF六、结论校正后的传递函数:哈尔滨工业大学校正后的相位裕度：:校正后的剪切频率七、设计后的心得体会经过本次大作业的设计，我深刻体会到了基础知识的重要性：熟练掌握相关基础知识有利于理解文献和软件的高级操作.哈尔滨工业大学。
哈工大PLC大作业教程文件
哈工大P L C大作业《可编程控制器》课程设计院系：天平学院专业：机械制造及其自动化班级： 0823姓名：李俊学号： 0730114326指导教师：郭丽华lihuaguo2008@目录目录………………………………………………………………第一章交通信号控制系统实况.................................1.1十字路口交通灯控制实际情况描述.............................1.2 结合十字路口交通灯的路况画出模拟图.........................第二章可编程控制器程序设计.................................2.1 十字路口交通灯模拟控制时序图.............................2.2可编程控制器I/O端口分配...................................2.3程序梯形图及语句表.......................................第三章总结.................................................3.1程序调试...............................................3.2 难点分析...............................................3.3 PLC智能化控制交通灯的方法................................3.4 收获与体会.............................................. 参考文献....................................................第一章 交通信号控制系统分析1.1十字路口交通灯控制实际情况描述（1）南北方向绿灯和东西方向的绿灯不能同时亮；如果同时亮，则应自动立即关闭信号灯系统，并立即发出报警信号。
哈工大1系自动控制原理大作业
哈工大自动控制原理大作业一、设计任务：在新材料的分析测试工作中，需要在较宽的参数范围内真实再现材料的实际 工作环境。
从控制系统的角度出发，可以认为，材料分析设备是一个能准确 跟踪参考输入的伺服系统。
该系统的框图如图所示。
7. 继续参考题6给出的系统，试设计一个合适的超前校正网络，使系统的相角裕度为50，调节时间小于4秒（按2%准则），稳态速度误差常数为2秒-1。
二、设计过程： 原传递函数 ()042(1)(2)(1)(1)2G s s s s s s s ==++++ 转折频率为11ω=和22ω=，剪切频率122c ωωω==Bode 图如下：系统的相位裕度218090arctan 2arctan02γ=---= 为了满足相位裕度50γ≥的条件，需要对系统进行超前补偿。
由于要求稳态速度误差常数为2秒-1,所以放大系数K=2，即K 保持不变。
取50γ=，11 1.3sin sin 50r M γ=== 22 1.5(1) 2.5(1)s r r c t M M πω⎡⎤=+-+-⎣⎦且要求s t 小于四秒。
求得 2.1c ω≥，Mr Mr c 12-≤ωω知50.02≤ω。
所以根据设计要求50.02≤ω在Bode 图上进行设计，取2.02=ω（为了计算方便）求得串联超前校正环节传递函数11012.0)(++=s ss Gc 并且作图如下：补偿之后的系统传递函数为)110)(12)(1()12.0(2)()()(++++==ss s s ss Go s Gc s G 相位裕度18090arctan 22.5arctan 4.5arctan 2.25arctan 0.4150.21γ=-+---=1 1.3sin 50.21r M ==，22 1.5(1) 2.5(1) 3.82s r r c t M M s πω⎡⎤=+-+-=⎣⎦ 均满足设计条件。
2、计算机辅助设计： (1)校正前伯德图M a g n i t u d e (d B )1010101010P h a s e (d e g )Bode DiagramGm = 3.52 dB (at 1.41 rad/sec) , P m = 11.4 deg (at 1.14 rad/sec)Frequency (rad/sec)（2）校正后伯德图-200-150-100-50050M a g n i t u d e (d B )101010101010P h a s e (d e g )Bode DiagramGm = 34.2 dB (at 14.1 rad/sec) , P m = 50.9 deg (at 1.57 rad/sec)Frequency (rad/sec)（3）三个伯德图Bode DiagramFrequency (rad/sec)10101010101010P h a s e (d e g )M a g n i t u d e (d B )3、单位阶跃响应曲线以及单位速度响应曲线01234567891012345678910Linear Simulation ResultsTime (sec)A m p l i t u d eStep ResponseTime (sec)A m p l i t u d e0123456789100.20.40.60.811.21.44、校正后阶跃响应图三、校正装置电路图C1 1uFC210pF+-OU TR1 1M R2 1MR0100k三、设计结论：校正后的系统相位裕度为50.9，调节时间为3秒，稳态速度误差常数为2，符合要求。
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自动控制原理大作业
1.题目
在通常情况下，自动导航小车（AGV ）是一种用来搬运物品的自动化设备。
大多数AGV 都需要有某种形式的导轨，但迄今为止，还没有完全解决导航系统的驾驶稳定性问题。
因此，自动导航小车在行驶过程中有时会出现轻微的“蛇行”现象，这表明导航系统还不稳定。
大多数的AGV 在说明书中都声明其最大行驶速度可以达到1m/s ，但实际速度通常只有0.5m/s ,只有在干扰较小的实验室中，才能达到最高速度。
随着速度的增加，要保证小车得稳定和平稳运行将变得越来越困难。
AGV 的导航系统框图如图9所示，其中12=40ms =21ms ττ， 。
为使系统响应斜坡输入的稳态误差仅为1%，要求系统的稳态速度误差系数为100。
试设计合适的滞后校正网络，试系统的相位裕度达到50o ，并估计校正后系统的超调量及峰值时间。
()R s ()
Y s
2.分析与校正主要过程
2.1确定开环放大倍数K
100)
1021.0)(104.0(lim )(lim =++==s s s sK s sG K v （s →0） 解得K=100
)
1021.0)(104.0(100++=s s s G s 2.2分析未校正系统的频域特性
根据Bode 图：
穿越频率s rad c /2.49=ω
相位裕度︒---=⨯-⨯--=99.18)2.49021.0(arctan )2.4904.0(arctan 9018011γ 未校正系统频率特性曲线
由图可知实际穿越频率为s rad c /5.34=ω
2.3根据相角裕度的要求选择校正后的穿越频率1c ω
现在进行计算：
︒︒︒--=+=---55550)021.0(arctan )04.0(arctan 901801111c c ωω
则取s rad c /101=ω可满足要求
2.4确定滞后校正网络的校正函数 由于1120
1~101c ωω）（= 因此取s rad c /1101
11==
ωω）（，则由Bode 图可以列出
40)1lg(20)1lg(40)110lg(202
2+=+ωω 解得s rad /1.02=ω
于是1.0=β 则滞后网络传递函数为1
101)(++=s s s G c ，10=T 2.5验证已校正系统的相位裕度
已校正系统的开环传递函数为：
)
110)(1021.0)(104.0()1(100)()(++++=s s s s s s G s G c 相位裕度
︒----=-⨯-⨯-+-=2.51)100(arctan )10021.0(arctan )1004.0(arctan )10(arctan 901801111γ校正后的相位裕度大于50°，满足设计要求。
下图是校正后的系统函数频率特性曲线。
M a g n i t u d e (d B )
10
101010101010P h a s e (d e g )Bode Diagram
Gm = 16.7 dB (at 33.5 rad/sec) , P m = 53.1 deg (at 9.26 rad/sec)
Frequency (rad/sec)
由图可以得到已校正系统穿越频率为9.26rad/s 。
2.6根据校正函数估算系统超调量p σ和峰值时间s t
谐振峰值28.1)
sin(1==γr M 超调量%100)]1(4.016.0[⨯-+=r p M σ，得到%3.27=p σ
峰值时间s M M t r r c s 82.0])1(5.2)1(5.12[2=-+-+=ωπ
下图是手画出校正前，校正后，校正函数的Bode 图
10-210-1100101102
2.7已校正系统的闭环阶跃响应
已校正系统的闭环传递函数为
)
()(1)()()(s G s G s G s G s c c +=φ 则100
04.11123184.04.00084.0)1(100)(234+++++=
s s s s s s φ 已校正输出量的单位阶跃响应如下图所示
012345
67891000.2
0.4
0.6
0.8
1
1.21.4
阶跃响应曲线
t/s y
对于已校正系统
超调量%18=p σ
峰值时间57.1=s t ，%2=∆
可见，在系统添加串联校正网络)(s G c 后，系统阻尼程度增加了，且校正后的系统阻尼程度足够大，响应速度也更快。
3.校正装置电路图
4.设计结论
系统在校正后，相角裕度为51.2°，达到了预期设计要求，且校正后的系统更加稳定。
可见通过串联滞后校正网络1
101)(++=s s s G c ，不仅使得AGV 的导航系统变得稳定，其动态性能也符合了实际要求。
5.设计心得体会
经过本次自动控制原理设计滞后校正网络，对于滞后校正，包括对超前校正和滞后超前校正的原理有了更加深入的认识，对于如何设计滞后校正网络以及其他校正网络的步骤更加熟练，同时利用Matlab 进行仿真，也更加直观地认识到计算与实际存在偏差。
在之后的学习中将一如既往地坚持设计时一丝不苟的精神。