自动控制元件及线路-编码器与光栅-哈工大-伊国兴

哈工大自动控制原理 大作业

自动控制原理 大作业 （设计任务书） 姓名： 院系： 班级： 学号： 5. 参考图5 所示的系统。试设计一个滞后-超前校正装置，使得稳态速度误差常数为20 秒-1，相位裕度为60

度，幅值裕度不小于8 分贝。利用MATLAB 画出 已校正系统的单位阶跃和单位斜坡响应曲线。 + 一．人工设计过程 1.计算数据确定校正装置传递函数 为满足设计要求，这里将超前滞后装置的形式选为 ) 1)(() 1)(1()(2 12 1T s T s T s T s K s G c c ββ++++= 于是，校正后系统的开环传递函数为)()(s G s G c 。这样就有 )5)(1()(lim )()(lim 00++==→→s s s K s sG s G s sG K c c s c s v 205 ==c K 所以 100=c K 这里我们令100=K ，1=c K ，则为校正系统开环传函) 5)(1(100 )(++= s s s s G

首先绘制未校正系统的Bode 图 由图1可知，增益已调整但尚校正的系统的相角裕度为? 23.6504-，这表明系统是不稳定的。超前滞后校正装置设计的下一步是选择一个新的增益穿越频率。由)(ωj G 的相角曲线可知，相角穿越频率为2rad/s ，将新的增益穿越频率仍选为2rad/s ，但要求2=ωrad/s 处的超前相角为? 60。单个超前滞后装置能够轻易提供这一超前角。 一旦选定增益频率为2rad/s ，就可以确定超前滞后校正装置中的相角滞后部分的转角频率。将转角频率2/1T =ω选得低于新的增益穿越频率1个十倍频程，即选择2.0=ωrad/s 。要获得另一个转角频率)/(12T βω=，需要知道β的数值， 对于超前校正，最大的超前相角m φ由下式确定 1 1 sin +-= ββφm 因此选)79.64(20 ==m φβ，那么，对应校正装置相角滞后部分的极点的转角频率为 )/(12T βω=就是01.0=ω，于是，超前滞后校正装置的相角滞后部分的传函为 1 1001 520 01.02.0++=++s s s s 相角超前部分：由图1知dB j G 10|)4.2(|=。因此，如果超前滞后校正装置在2=ωrad/s 处提供-10dB 的增益，新的增益穿越频率就是所期望的增益穿越频率。从这一要求出发，可 以画一条斜率为-20dB 且穿过（2rad/s ，-10dB ）的直线。这条直线与0dB 和-26dB 线的交点就确定了转角频率。因此，超前部分的转角频率被确定为s rad s rad /10/5.021==ωω和。 因此，超前校正装置的超前部分传函为 )1 1.01 2(201105.0++=++s s s s 综合校正装置的超前与之后部分的传函，可以得到校正装置的传递函数)(S G c 。 即) 1100)(11.0() 15)(12(01.02.0105.0)(++++=++++= s s s s s s s s s G c 校正后系统的开环传递函数为

哈工大自控课设上课讲义

哈工大自控课设

Harbin Institute of Technology 自动控制原理 课程设计 课程名称：自动控制原理 设计题目：红外干扰分离系统 院系：航天学院 班级： 设计者： 学号： 指导教师：金晶林玉荣 设计时间：

自动控制原理课程设计任务书 姓 名： 院 （系）：航天学院 专 业：自动化 班 号： 任务起至日期： 年3月2日 ——年3月16日 课程设计题目：红外干扰分离系统 1. 已知控制系统的固有传递函数（或框图）如下：（红外干扰分离系统） )127.0(22 )(+= S S S G M =)(1S H 1)(=S H 系统存在一个正弦干扰力矩 t A S F ωsin )(=: A=0~5，f=0~8 2．性能指标 （1）开环放大倍数K ≥ （2）剪切频率 ≤≤c ω （3）相位裕度≥γ （4）谐振峰值M γ= （5）超调量p σ≤25% （6）过渡过程时间ms t s 25≤ （7）角速度s rad /2.0max =? θ （8）角加速度2max /8.0s rad =? ?θ （9）稳态误差mrad e ss 15.0≤ 3.设计要求与步骤 （1）设计系统，满足性能指标。 （2）人工设计 利用半对数坐标纸手工绘制系统校正前后及校正装置的Bode 图，并确定出校正装置的传递函数。验算校正后系统是否满足性能指标要求。

目录 1. 人工设计 (5) 1.1固有环节的分析 ...................................................... 错误!未定义书签。 1.2性能指标的计算 ...................................................... 错误!未定义书签。 2.校正环节的设计................................................................. 错误!未定义书签。 2.1校正环节的分析 ...................................................... 错误!未定义书签。 2.2串联迟后环节的设计 .............................................. 错误!未定义书签。 2.3串联超前环节的设计 .............................................. 错误!未定义书签。 3.计算机辅助设计................................................................. 错误!未定义书签。 3.1固有环节的仿真 ...................................................... 错误!未定义书签。 3.2串联迟后校正的仿真 .............................................. 错误!未定义书签。 3.3串联超前环节的仿真 .............................................. 错误!未定义书签。 3.4系统的单位阶跃响应仿真 ...................................... 错误!未定义书签。 3.5系统的斜坡信号响应仿真 ...................................... 错误!未定义书签。 4校正环节的电路实现 ......................................................... 错误!未定义书签。 4.1校正环节的传递函数 .............................................. 错误!未定义书签。 4.2确定各环节电路参数 .............................................. 错误!未定义书签。 4.3绘制电路图 .............................................................. 错误!未定义书签。 5设计总结 ............................................................................. 错误!未定义书签。 6心得体会 ............................................................................. 错误!未定义书签。 1. 人工设计 1.1题目分析 由于系统存在正弦干扰力矩，且不可测，是一个不稳定的量，我们不妨将此力矩设定为干扰最大时的正弦信号，即此时干扰为t S F π16sin 5)(=。 同时超调量和过渡过程时间要满足：ms t s p 25%,25≤≤σ。依据经验公式：

旋转编码器详解

增量式编码器的A.B.Z 编码器A、B、Z相及其关系

TTL编码器A相，B相信号，Z相信号,U相信号，V相信号，W相信号，分别有什么关系？ 对于这个问题的回答我们从以下几个方面说明： 编码器只有A相、B相、Z相信号的概念。 所谓U相、V相、W相是指的电机的主电源的三相交流供电，与编码器没有任何关系。“A相、B相、Z相”与“U相、V相、W相”是完全没有什么关系的两种概念，前者是编码器的通道输出信号；后者是交流电机的三 相主回路供电。 而编码器的A相、B相、Z相信号中，A、B两个通道的信号一般是正交（即互差90°）脉冲信号；而Z相是零脉冲信号。详细来说，就是——一般编码器输出信号除A、B两相（A、B两通道的信号序列相位差为90度）外，每转一圈还输出一个零位脉冲Z。 当主轴以顺时针方向旋转时，输出脉冲A通道信号位于B通道之前；当主轴逆时针旋转时，A通道信号则位于B通道之后。从而由此判断主轴是正转还是反转。 另外，编码器每旋转一周发一个脉冲，称之为零位脉冲或标识脉冲（即Z相信号），零位脉冲用于决定零位置或标识位置。要准确测量零位脉冲，不论旋转方向，零位脉冲均被作为两个通道的高位组合输出。由于通道之间的相位差的存在，零位脉冲仅为脉冲长度的一半。 带U、V、W相的编码器，应该是伺服电机编码器 A、B相是两列脉冲，或正弦波、或方波，两者的相位相差90度，因此既可以测量转速，还可以测量电机的旋转方向Z相是参考脉冲，每转一圈输出一个脉冲，脉冲宽度往往只占1/4周期，其作用是编码器自我校正用的，使得编码器在断电或丢失脉冲的 时候也能正常使用。 ABZ是编码器的位置信号，UVW是电机的磁极信号，一般用于同步电机； AB对于TTL/HTL编码器来说，AB相根据编码器的细分度不同，每圈有很多个，但Z相每圈只有一个； UVW磁极信号之间相位差是120度，随着编码器的角度转动而转动，与ABZ 之间可以说没有直接关系。 /#############################################################

哈工大 自动控制原理本科教学要求

自动控制原理本科教学要求 自动控制专业的自动控制原理课程包括自动控制原理Ⅰ和现代控制理论两部分，分两个学期讲授。 《自动控制原理I》教学大纲 课程编号：T1043010 课程中文名称：自动控制原理 课程英文名称： Automatic Control Theory 总学时： 100 讲课学时：88 实验学时：16 习题课学时：0 上机学时： 学分：6.0 授课对象：自动控制专业本科生 先修课程：电路原理、电子技术和电机方面的有关课程；复变函数和线性代数 教材：《自动控制原理》（第三版）李友善主编，国防工业出版社，2005年 参考书：《自动控制原理》（第四版）胡寿松主编，科学出版社，2001年 《Linear Control System Analysis and Design》（第四版）清华大学出版社，2000年 一、课程教学目的： 自动控制原理是控制类专业最重要的一门技术基础课。这门课主要讲解自动控制的基本理论、自动控制系统的分析方法与设计方法。 本课程的主要任务是培养学生掌握自动控制系统的构成、工作原理和各件的作用;掌握建立控制系统数学模型的方法。掌握分析与综合线性控制系统的三种方法：时域法、根轨迹法和频率法。掌握计算机控制系统的工作原理以及分析和综合的方法。了解非线性控制系统的分析和综合方法。建立起以系统的概念、数学模型的概念、动态过程的概念。 通过课程的学习使学生掌握分析、测试和设计自动控制系统的基本方法。结合各种实践环节，进行自动控制领域工程技术人员所需的基本工程实践能力的训练。从理论和实践两方面为学生进一步学习自动控制专业的其他专业课如:过程控制、数字控制、飞行器控制、智能控制、导航与制导、控制系统设计等打下必要的专业技术基础。自动控制原理课程是自动控制专业学生培养计划中承上启下的一个关键环节，因此该课程在自动控制专业的教学计划中占有重要的位置。 二、教学内容及基本要求 第一章控制系统的一般概念（2学时） 本课程的目的及讲授内容，自动控制的基本概念和自动控制系统，开环控制与闭环控制，控制系统的组成，控制系统的基本要求。 第二章控制系统的数学模型（12学时） 控制系统微分方程的建立，传递函数的基本概念和定义，传递函数的性质，基本环节及传递函数，控制系统方框图及其绘制，方框图的变换规则，典型系统的方框图与传递函数，方框图的化简，用梅森增益公式化简信号流图。 第三章线性系统的时域分析（14学时） 典型输入信号，一阶系统的瞬态响应，线性定常系统的重要性质，二阶系统的标准型及其特点，二阶系统的单位阶跃响应，二阶系统的性能指标，二阶系统的脉冲响应，二阶系统的单位速度响应，初始条件不为零时二阶系统的过渡过程。 闭环主导极点的概念，高阶系统性能指标的近似计算。稳定的基本概念和定义，线性系统的稳定条件，劳斯稳定判据。控制系统的稳态误差，稳态误差的计算：泰勒级数法和长除法，控制系统的无静差度，用终值定理计算稳态误差，减小稳态误差的方法 第四章根轨迹法（12学时） 控制系统的根轨迹，绘制根轨迹的基本规则，控制系统的根轨迹分析，参数根轨迹，闭环系统的零极点分布域性能指标 第五章线性系统的频域分析（14学时） 频率特性的概念，典型环节频率特性的极坐标图表示，典型环节频率特性的对数坐标图表示，开环系统的对数频率特性，最小相位系统。v=0、1、2时开环系统的极坐标图，Nyquist稳定判据，用开环系统的Bode图判定闭环系统的稳定性，控制系统的相对稳定性。控制系统的性能指标，二阶系统性能指标间的关系，高阶系统性能指标间的关系，开环对数频率特性和性能指标的关系。 第六章控制系统的综合与校正（14学时） 控制系统校正的基本方法，基本控制规律。相位超前校正网络，用频率特法确定相位超前校正参数，按根轨迹法确定相位超前校正参数。相位滞后网络，用频率特性法确定相位滞后校正参数，按根轨迹法确定相位滞后校正参数。相位滞后-超前校正网络，控制系统的期望频率特性，控制系统的固有频率特性，根据期望频率特性确定串联校正参数。

海德汉编码器和海德汉光栅尺使用的各种参数

海德汉 海德汉编码器和海德汉光栅尺使用的各种参数 10 编程：Q参数

10.1原理和概述 你可以在一个零部件加工程序中编写同类零部件的程序，你只须输入称作Q参数的变量取代固定的数字值即可。 Q参数可以代表诸如以下的信息： □坐标值 □进给率 □RPM（重复数/分） □循环数据 Q参数也可以帮助你编写通过数学功能定义的外形轮廓。同时，你也可以使用Q参数根据逻辑状况执行机械加工步骤。与FK编程连用，可以将无法NC-兼容的外形轮廓与Q参数结合。 Q参数由字母Q和0到299之间的一个数字命名。其分组情况分为三类： 含义范围 普遍适用参数，适用于所有TNC内存 记忆的程序 Q0到Q99 为特殊TNC功能设定的参数Q100到Q199 主要用于循环的参数，适用于所有存 储在TNC内存中的程序 Q200到Q399 编程说明 在一个程序中可以混用Q参数和固定数字值。 Q参数可以被指定给-99.999,9999和+99 999.9999之间的数字值。TNC可以计算十进制小数点前57位到小数点后7位的范围（32位数据的计算范围相当于十进制数值4 294 967 296）。 一些Q参数总是被TNC指定给同样的数 据。例如，Q108总是被指定给当前刀具半 径，可参见368页的“预先指定Q 参数”。 如果你在OEM循环中使用Q60至Q99之间 的参数，须通过MP7251定义这些参数是 否仅用于OEM循环，还是全部适用。 338

调用Q参数功能 在编写零部件加工程序时，按下“Q”键（位于数字值输入 键盘，-/+键的下方）。然后，TNC会显示以下软键盘： 功能组软键盘 基础算术(指定,加减乘除,平方根) BASIC ARITHM. 三角函数功能TRIGO- NOME TRY 计算循环功能CIRCLE CALCU- LATION 如果/则条件,转移JUMP 其它功能DIVERSE FUNCTION 直接输入公式FORMULA 339

自动控制原理重点总结(哈工大考研)

MATLAB不考 第二章 1.传递函数定义（面试可能要问：重点是零初始条件） 2.简单传递函数建模 3.基本环节及其传递函数（P22）（重点惯性环节、振荡环节） 4.方框图及信号流图的化简 5.非线性特性的线性化当时我们也没考 习题： 1、2、3、4、5、6（a,b,c）、7（a,d,f）、8（b）、9（a）、10（d,e,f）、11(b)、12（a）、16、17、20（a） 第三章（重点） 1.典型输入信号的拉氏变换及Z变换 2.二阶系统的开环、闭环传递函数；闭环系统的特征值分布图 3.一阶、二阶系统的单位阶跃响应、单位脉冲响应曲线图 4.P83式3.4.2和3.4.3要背，图3.4.4重点 5.欠阻尼二阶系统常用性能指标的计算（公式要背，振荡次数计算不常用，了解就可以） 6.改善系统动态性能的简单方法（速度反馈、PD控制） 7.控制系统的稳定性、劳斯稳定判据 8.控制系统的稳态误差的计算（终值定理和动态误差系数都得掌握） 9.减小和消除稳态误差的方法（增大开环放大倍数、串联积分环节、顺馈控制） 习题： 1、2、3、6、7、9、10、12、14、15、16、19、22、23、29、30、34、36、38、39 第四章（重点） 1.根轨迹的概念、绘制规则10条规则（有公式的要记） 2.特殊根轨迹（与负反馈跟轨迹对比记忆），参数根轨迹 3.基于根轨迹法的校正（重点）（幅角条件重点）（过程及公式需要记）（附加开环零点（PD 控制）、串联超前校正、串联迟后校正、串联超前—迟后校正（一般不会考，太复杂）、反馈校正（移动不希望开环极点）） 习题： 1、2、3、5、6、7、8、9、11、14、15、16、17 第五章（重点）（我们当时给Bode图求传递函数是必考的） 1.典型环节的频率特性图（Nyquist图、Bode图、渐近Bode图）（Nichols图不考） 2.控制系统开环Nyquist图、开环渐近Bode图的粗略画法 3.非但未反馈系统的闭环频率特性不考（P226的5.3.5） 4.Nyquist判据（根据Nyquist图判定、根据Bode图判定） 5.稳定裕度——图示（由Nyquist图计算；由Bode图的计算）及具体计算（相角裕度、幅值裕度） 6.怎样根据系统的开环Bode图计算开环放大倍数及稳态误差 7.二阶系统开环频域指标与闭环动态性能指标的关系（教材中p.246的式（5.8.2）、p.246的式（5.8.1）） 8.高阶系统的经验公式（教材中p.249的式（5.8.7）、p.249的式（5.8.8）） 9.教材P251的5.9.4，P252的5.9.8，5.9.9，加个公式 1 sin M γγ =

光栅尺和编码器介绍

光栅与编码器介绍 位置检测装置作为数控机床的重要组成部分，其作用就是检测位移量，并发出反馈信号与数控装置发出的指令信号相比较，若有偏差，经放大后控制执行部件使其向着消除偏差的方向运动，直至偏差等于零为止。为了提高数控机床的加工精度，必须提高检测元件和检测系统的精度。其中以编码器，光栅尺，旋转变压器，测速发电机等比较普遍，下面主要对光栅和编码器进行说明。 光栅,现代光栅测量技术 简要介绍： 将光源、两块长光栅（动尺和定尺）、光电检测器件等组合在一起构成的光栅传感器通常称为光栅尺。光栅尺输出的是电信号，动尺移动一个栅距，输出电信号便变化一个周期，它是通过对信号变化周期的测量来测出动就与定就职相对位移。目前使用的光栅尺的输出信号一般有两种形式，一是相位角相差90度的2路方波信号，二是相位依次相差90度的4路正弦信号。这些信号的空间位置周期为W。下面针对输出方波信号的光栅尺进行了讨论，而对于输出正弦波信号的光栅尺，经过整形可变为方波信号输出。输出方波的光栅尺有A相、B 相和Z相三个电信号，A相信号为主信号，B相为副信号，两个信号周期相同，均为W，相位差90o。Z信号可以作为较准信号以消除累积误差。 一、栅式测量系统简述 从上个世纪50年代到70年代栅式测量系统从感应同步器发展到光栅、磁栅、容栅和球栅，这5种测量系统都是将一个栅距周期内的绝对式测量和周期外的增量式测量结合了起来，测量单位不是像激光一样的是光波波长，而是通用的米制（或英制）标尺。它们有各自的优势，相互补充，在竞争中都得到了发展。由于光栅测量系统的综合技术性能优于其他4种，而且制造费用又比感应同步器、磁栅、球栅低，因此光栅发展得最快，技术性能最高，市场占有率最高，产业最大。光栅在栅式测量系统中的占有率已超过80%，光栅长度测量系统的分辨力已覆盖微米级、亚微米级和纳米级，测量速度从60m/min，到480m/min。测量长度从1m、3m 达到30m和100m。 二、光栅测量技术发展的回顾 计量光栅技术的基础是莫尔条纹（Moire fringes），1874年由英国物理学家L.Rayleigh首先提出这种图案的工程价值，直到20世纪50年代人们才开始利用光栅的莫尔条纹进行精密测量。1950年德国Heidenhain首创DIADUR复制工艺，也就是在玻璃基板上蒸发镀铬的光刻复制工艺，这才能制造高精度、价廉的光栅刻度尺，光栅计量仪器才能为用户所接受，进入商品市场。1953年英国Ferranti公司提出了一个4相信号系统，可以在一个莫尔条纹周期实现4倍频细分，并能鉴别移动方向，这就是4倍频鉴相技术，是光栅测量系统的基础，并一直广泛应用至今。 德国Heidenhain公司1961年开始开发光栅尺和圆栅编码器，并制造出栅距为4μm（250线/mm）的光栅尺和10000线/转的圆光栅测量系统，能实现1微米和1角秒的测量分辨力。1966年制造出了栅距为20μm（50线/mm）的封闭式直线光栅编码器。在80年代又推出AURODUR工艺，是在钢基材料上制作高反射率的金属线纹反射光栅。并在光栅一个参考标

光栅尺的应用与原理

光栅尺的应用与原理 光栅尺的结构是由有刻有窄的等间距的线纹标尺光栅和读数头组成，读数头是由刻有与标尺光栅光刻密度相同好的指示光栅、光学系统和光路原件等组成。标尺光栅与尺度光栅与一定间距平行放置，并且他们的刻度线相互倾斜一定角度@，标尺光栅固定不动，指示光栅沿着垂直线条纹方向运动，光线照在标尺光栅上放射或者投射在指示光栅并发生光的衍射，产生明暗相间的莫尔条纹，光电探测器检测莫尔条纹的宽度变化并将其转换成电信号输出给控制装置。 莫尔条纹的特点： 1.莫尔条纹的移动与光栅栅距之间的移动关系，光栅移动一个条纹，莫尔条纹正好移动一 个条纹。 2.莫尔条纹的放大作用：B=W/(2SIN2/2)=W/2 主要的元件：发光LED, 标尺光栅，指示光栅，光电探测器。 光栅的选用：选用光栅要综合考虑一下几个要素： 1.考虑被测物理量的性质，要根据呗测量的行程和精度要求选择量程和精度，根据被测量 的最大速度确定光栅尺的最大移动速度以及是否需要基准标记和相位开关传感器，要什么形式的光栅。 2.根据控制器可以控制的信号的类型选择光栅输出类型，还要考虑接口的硬件匹配。 3.根据工作条件确定光栅尺应具备在何种环境下工作的能力 4.根据被测的物体考虑安装方案。考虑到空间，方向等问题。 5.设计电缆的长度 6.价格和服务 7.市场的方便，型号的选择。 光栅的主要技术参数： 分辨率：表征的测量精度，有5.0um ，1.0um ,0.5um ,0.1um 输出波形：方波和正弦波两种。 按控制的形式：数字量和模拟量，要与控制器匹配。 测量周期：没测一次所需的时间 测量长度：可以应许的测量范围 测量方式：绝对值和识字增量坐标 使用温度：5----45度 供电电源：一般为+5+5%，电流大小为120mA 最大移动速度：要大于要求值 最小时钟频率：要保证控制器的频率高于要求值。 安装： 把光栅尺贴在平台的固定部分上。安装要用专用工具，保证光栅的安装合付要求（水平度、垂直度）。 读数头要安装在平台的移动部分上。在安装光栅尺时要先安装光栅尺，然后根据光栅尺安装读数头。保证读头与光栅尺的距离2—3mm,

旋转编码器定位使用说明

充注小车、运载小车定位使用说明 定位原理： 旋转编码器定位与老式的旋转变压器一样，实际上是一个计数器。我们目前使用的OMRON旋转编码器每旋转一周，能精确地发出1024脉冲，PLC依据旋转编码器发出的脉冲进行计数，再乖以固定机械变比与旋转半径的系数，就可以得出脉冲与实际行走距离的线性对应关系。 PLC利用高速计数模块QD62D读取旋转编码器的值并进行数字化处理，可以将脉冲数值转换成实际的距离值如mm。 目前我们设备都是利用旋转编码器的原始值进行处理的，所有触模屏上的距离值均为脉冲值而非实际距离值，这样在处理数据时比较方便直观。 根据这一对应关系利用普通变频器控制一般的三相鼠笼电机就能实现精度在1毫米左右定位系统，可以在许多定位要求不高的控制领域使用。 使用方法： 依据上述原理，定位系统定位首先必须选择一个参考点，以这点作为基准点，其它所有设置点均为到这一点的相对距离。当基点信号取的不稳定或不好，就会影响整个定位过程。 旋转编码器由一个联轴器与一套齿轮机构组合成一套测量机构。由于齿轮与齿轮之间存在间隙，运行一段时间后就会有误差积累，造成定位不准，这时不要改变屏上设定数据，而是在运行机构运行一段时间后，让运行机构回到基点，进行一次清零，就可以消除积累误差。 旋转编码器定位机构的故障主要有定位不准、或运行数据无变化等等。 定位不准主要是由测量机构之间的间隙，联轴器、齿轮相对打滑。 一种定位不准就是干扰，现场已采用了一端接地的屏蔽等措施。出错时请严格检查测量线路（包抱QD62D联接器）有无断线、短路、屏蔽不严、模块供电电压不足等问题。 还有一种定位不准表现在：由于测量机构所能测量的最大频率不超过500KHz，因此对于变化速度太快脉冲系统不能及时测量，造成定位不准。因此系统要运行平稳，不能有速度突变。

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)2 G s s s s s s s = = ++++ 转折频率为11ω=和22ω=，剪切频率122c ωωω==，画出Bode 图如下：

系统的相位裕度2 18090arctan 2arctan 02 γ=---= 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= == 2 2 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110 12.0)(++=s s s 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)()()(++++==s s s s s s Go s Gc s G 相位裕度 18090arctan 22.5arctan 4.5arctan 2.25arctan 0.4150.21γ=-+---= 1 1.3sin 50.21 r 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

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《计算机图形学》课程教学大纲 课程编号：S4030190 课程中文名称：计算机图形学 课程英文名称：Computer Graphics 总学时：30 讲课学时：20 实验学时：10 总学分：2 授课对象：计算机科学与技术专业、信息安全专业、生物信息技术专业 先修课程：高级语言程序设计，数据结构与算法 课程分类：专业课 开课单位：计算机科学与技术学院 一、课程教学目的 《计算机图形学》是计算机科学与技术专业本科教学中的一门重要的专业课。在计算机科学与技术专业的教学计划中占有重要地位和作用，其主要特点是理论与实践结合性强，是许多后续课程(如图像处理，模式识别，多媒体技术，虚拟现实，计算机视觉等)的基础课程，在CAD/CAM、（汽车、船舶、飞机的）外形设计、计算机动画、计算机艺术、过程控制、系统环境模拟、地理信息系统、科学计算的可视化等领域都有重要的应用。学习本课程旨在使学生掌握基本图形生成算法、图形变换与裁剪、真实感图形生成算法、计算机动画技术的基本原理，在此基础上，通过编写算法实现程序加深对图形学基本内容的理解，提高用理论指导实践的能力，为学生今后学习其他相关课程和从事计算机图形学及其应用方面的研究打下坚实基础。 二、教学内容及学时安排 1. 绪论(2学时) 计算机图形学的研究内容及其与相关学科的关系，计算机图形学的发展与应用 2. 图形输入输出设备(2学时) 交互式计算机图形处理系统的组成，图形输入设备，图形输出设备，图形显示原理，图形软件标准

3. 基本图形生成算法(4学时) 直线、圆弧的DDA生成算法、Bresenham生成算法，扫描线填充算法的基本原理，有序边表算法，边填充算法，种子填充算法的基本原理，简单的种子填充算法，扫描线种子填充算法 4. 图形变换与裁剪(6学时) 窗口视图变换，齐次坐标技术，二、三维图形几何变换，平行投影、透视投影变换，线段的Cohen-Sutherland裁剪、Liang-Basky裁剪算法，多边形的逐边裁剪、双边裁剪算法 5. 计算机动画(2学时) 传统动画与计算机动画，计算机动画中的常用技术，用flash制作简单的二维动画的方法 6. 高级计算机图形学快速浏览(4学时) 包括：自由曲线设计专题，几何造型与分形艺术专题，颜色科学及其应用专题，真实感图形显示专题 三、教学基本要求 1．课程基本要求 要求学生在学习完本课程以后，能对计算机图形学的研究内容及其应用方向有一个全面的认识和了解，了解计算机图形学的研究内容及其与相关学科的关系，了解计算机图形学在汽车、船舶、飞机的外形设计，以及计算机动画、计算机艺术、过程控制、系统环境模拟、虚拟现实等领域中的应用，掌握一些基本的图形生成算法(包括直线和圆弧的生成算法、区域填充算法、图形几何变换、投影变换，线段裁剪、多边形裁剪算法等)和图形显示原理，三维实体的基本表示方法、以及三维真实感图形显示的方法、常用的计算机动画技术等内容，为以后深入研究和从事相关领域的科研奠定基础。 2．实验基本要求 为了加深掌握常用的图形生成算法的基本原理，配合教学内容安排相应的实验，共10学时，以验证课堂的理论；进一步培养学生的动手能力、设计能力和解决问题的能力。 （1）编程实现一个基本图形生成算法（直线、圆弧生成算法，实区域填充算

哈工大自动控制原理课程设计

课程名称：自动控制原理 设计题目：控制系统的设计和仿真 院系：航天学院控制科学与工程系班级： 设计者： 学号： 指导教师： 设计时间：2013.2.25---2013.3.10 哈尔滨工业大学

一、设计题目与题目分析 1.设计题目 1)已知控制系统固有传递函数如下： 2)系统性能指标要求： （1）超调量； （2）响应时间； （3）稳态误差； （4）最大速度； 2.题目分析 根据系统固有传递函数和系统性能指标要求，确定设计思路如下：首先完成使对系统无静差度和放大倍数的设计，稳态误差满足性能指标要求；再根据Bode 图设计串联校正环节，限制系统的相角裕度和剪切频率，最终使系统对阶跃响应的超调量和调整时间符合性能指标要求。 二、人工设计 1.稳态误差设计 根据系统固有传递函数，系统的无静差度符合要求，且系统放大倍数应符合如下要求： 得到： 在设计中，为方便计算并留有余量，取，并代入系统固有传递函数。 2.串联校正环节设计 绘制系统固有传递函数部分的Bode图，见附录。根据性能指标第12条中对超调量和响应时间的规定，根据经验公式： 计算得到对系统相角裕度和剪切频率的要求：

根据系统固有传递函数，求出系统的相角裕度和剪切频率： 由于固有相角裕度过小而剪切频率远远大于性能指标要求，可先选用串联迟后校正： 取相角裕度，根据原有Bode图计算得到，并选取由此确定串联迟后校正环节为： 加入迟后校正后，再绘制Bode图（见附录），得到： 此时，剪切频率和相角裕度都比要求之偏小，应用串联超前校正： 取，根据Bode图得到，，由此确定串联超前校正环节为： 加入串联迟后—超前校正后得到系统新的Bode图（见附录），并根据Bode 图，得到控制系统新的相角裕度和剪切频率为； 知系统已经符合性能指标要求，并进行验算得到系统地超调量和响应时间为： 经过验算，知控制系统经过串联迟后—超前校正后，已经符合性能指标要求。 三、计算机辅助设计 控制系统固有部分的Simulink仿真框图如图1 图1

海德汉-光栅与编码器介绍

位置检测装置作为数控机床的重要组成部分，其作用就是检测位移量，并发出反馈信号与数控装置发出的指令信号相比较，若有偏差，经放大后控制执行部件使其向着消除偏差的方向运动，直至偏差等于零为止。为了提高数控机床的加工精度，必须提高检测元件和检测系统的精度。其中以编码器，光栅尺，旋转变压器，测速发电机等比较普遍，下面主要对光栅和编码器进行说明。 光栅,现代光栅测量技术 简要介绍： 将光源、两块长光栅（动尺和定尺）、光电检测器件等组合在一起构成的光栅传感器通常称为光栅尺。光栅尺输出的是电信号，动尺移动一个栅距，输出电信号便变化一个周期，它是通过对信号变化周期的测量来测出动就与定就职相对位移。目前使用的光栅尺的输出信号一般有两种形式，一是相位角相差90度的2路方波信号，二是相位依次相差90度的4路正弦信号。这些信号的空间位置周期为W。下面针对输出方波信号的光栅尺进行了讨论，而对于输出正弦波信号的光栅尺，经过整形可变为方波信号输出。输出方波的光栅尺有A 相、B相和Z相三个电信号，A相信号为主信号，B相为副信号，两个信号周期相同，均为W，相位差90o。Z信号可以作为较准信号以消除累积误差。 一、栅式测量系统简述 从上个世纪50年代到70年代栅式测量系统从感应同步器发展到光栅、磁栅、容栅和球栅，这5种测量系统都是将一个栅距周期内的绝对式测量和周期外的增量式测量结合了起来，测量单位不是像激光一样的是光波波长，而是通用的米制（或英制）标尺。它们有各自的优势，相互补充，在竞争中都得到了发展。由于光栅测量系统的综合技术性能优于其他4种，而且制造费用又比感应同步器、磁栅、球栅低，因此光栅发展得最快，技术性能最高，市场占有率最高，产业最大。光栅在栅式测量系统中的占有率已超过80%，光栅长度测量系统的分辨力已覆盖微米级、亚微米级和纳米级，测量速度从60m/min，到480m/min。测量长度从1m、3m达到30m和100m。 二、光栅测量技术发展的回顾 计量光栅技术的基础是莫尔条纹（Moire fringes），1874年由英国物理学家 L.Rayleigh首先提出这种图案的工程价值，直到20世纪50年代人们才开始利用光栅的莫

哈工大自动控制原理 大作业

自动控制原理 大作业 (设计任务书) 姓名: 院系: 班级: 学号:

5、 参考图 5 所示的系统。试设计一个滞后-超前校正装置,使得稳态速度误差常数为20 秒-1,相位裕度为60度,幅值裕度不小于8 分贝。利用MATLAB 画出 已校正系统的单位阶跃与单位斜坡响应曲线。 + 一.人工设计过程 1、计算数据确定校正装置传递函数 为满足设计要求,这里将超前滞后装置的形式选为 ) 1)(()1)(1()(2 12 1T s T s T s T s K s G c c ββ++++ = 于就是,校正后系统的开环传递函数为)()(s G s G c 。这样就有 )5)(1()(lim )()(lim 00++==→→s s s K s sG s G s sG K c c s c s v 205 ==c K 所以 100=c K 这里我们令100=K ,1=c K ,则为校正系统开环传函) 5)(1(100 )(++=s s s s G 首先绘制未校正系统的Bode 图 由图1可知,增益已调整但尚校正的系统的相角裕度为? 23.6504-,这表明系统就是不稳定的。超前滞后校正装置设计的下一步就是选择一个新的增益穿越频率。由)(ωj G 的相角曲线可知,相角穿越频率为2rad/s,将新的增益穿越频率仍选为2rad/s,但要求2=ωrad/s 处的超前相角为? 60。单个超前滞后装置能够轻易提供这一超前角。 一旦选定增益频率为2rad/s,就可以确定超前滞后校正装置中的相角滞后部分的转角频率。将转角频率2/1T =ω选得低于新的增益穿越频率1个十倍频程,即选择2.0=ωrad/s 。要获得另一个转角频率)/(12T βω=,需要知道β的数值,

哈工大自控课设

Harbin Institute of Technology 自动控制原理 课程设计 课程名称：自动控制原理 设计题目：变焦控制系统的设计与仿真院系：航天学院 班级： 设计者： 学号： 指导教师：金晶林玉荣 设计时间：2014年3月2日

*注：此任务书由课程设计指导教师填

目录 1.人工设计 (4) 1.1固有环节的分析 (4) 1.2性能指标的计算 (5) 2.校正环节的设计 (6) 2.1校正环节的分析 (6) 2.2串联迟后环节的设计 (8) 2.3串联超前环节的设计 (9) 3.计算机辅助设计 (11) 3.1固有环节的仿真 (11) 3.2串联迟后校正的仿真 (13) 3.3串联超前环节的仿真 (14) 3.4系统的单位阶跃响应仿真 (15) 3.5系统的斜坡信号响应仿真 (16) 4校正环节的电路实现 (19) 4.1校正环节的传递函数 (19) 4.2确定各环节电路参数 (19) 4.3绘制电路图 (20) 5设计总结 (21) 6心得体会 (22)

1. 人工设计 1.1固有环节的分析 该系统的物理背景为一个变焦系统。固有环节的传递函数为： 02 0.0025 ()0.05G s s s = + 这是一个二阶的且开环增益特别小的传递函数，作其开环渐进幅频特性曲线，如图1所示。 10 10 10 10 10 10 10 10 10 固有环节的开环幅频渐进曲线 L (d B ) w (rad/s) 图 1 固有环节的开环渐进幅频特性曲线 通过作图得出固有环节的剪切频率为：0.0022/rad s ω=，相角裕度 18090arctan(0.050.0022)89.99γ=?-?-?=?。可以得出该系统是稳定的，但显然 不满足性能指标的要求。

STM32编码器在光栅尺测速场合的实际应用

龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/4115325152.html, STM32编码器在光栅尺测速场合的实际应用 作者：邓军 来源：《科技创新与应用》2013年第08期 摘要：STM32103F系列微控制器的定时器有一种特有工作模式——编码器接口模式，此模式可以用来反馈马达的实时转子位置，测量马达的转速，也可以反馈光栅尺的实时位置，测量光栅头的移动速度，在工业控制场合，尤其是需要精确定位的压机、机床等使用场合，有着非常实用的价值。现以STM32103F微控制器与海德汉（HEIDENHAIN）光栅尺LS1378C为例，详细介绍定时器的编码器工作原理，以及双定时器配合测速度的编程算法。 关键词：STM32编码器；光栅尺；测速 STM32103F系列是ST公司采用高性能的32位ARM Cortex-M3内核，主要面向工业控制领域推出的微控制器芯片。通用定时器有以下几种工作模式：计数器模式、输入捕获模式、输出比较模式、PWM模式、单脉冲模式、编码器接口模式。其中，编码器接口模式是一种有别于其他通用ARM控制器以及DSP控制器的特有模式，此模式可以用来反馈马达的实时转子位置，测量马达的转速，也可以反馈光栅尺的实时位置，测量光栅头的移动速度，在工业控制场合，尤其是需要精确定位的压机、机床等使用场合，有着非常实用的价值。 光栅尺位移传感器（简称光栅尺），是利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置。光栅尺位移传感器经常应用于机床与现在加工中心以及测量仪器等方面，可用作直线位移或者角位移的检测。其测量输出的信号为数字脉冲，具有检测范围大，检测精度高，响应速度快的特点。例如，在数控机床中常用于对刀具和工件的坐标进行检测，来观察和跟踪走刀误差，以起到一个补偿刀具的运动误差的作用。 在这里需要说明的是，光栅尺只是一个反馈装置，它可以将位移量和位移方向通过脉冲信号输出的方式反馈出来，但它不能直接显示出来，它还需要一个显示装置，比如通过CPLD来识别，或者本文中的微控制器STM32103F来识别。光栅尺的输出信号为相位角相差90°的两 路方波信号，如果A路超前B路90°，表示光栅尺在正向移动，反之，A路落后B路90°，表示反向移动。这两路方波信号都为差分信号，需要经过差分输入芯片，比如TI的MC3486， 转化为TTL电平的方波之后，才能进定时器的输入引脚。此例中接入的是TIM3-CH1和 TIM3-CH2两个引脚。 海德汉LS1378C为增量式直线光栅尺，量程220mm，信号周期1um，即一个方波对应 1um，经后续电子设备进行4分频之后测量步距为0.25um。直观来说，STM32103F识别到一个周期的方波脉冲，计数器增长4次，表示光栅尺移动了1um。

哈工大自动控制原理06自控试题及答案

哈工大2006年春季学期 自动控制理论试题 一、某 单位反馈控制系统开环传递函数为：（12分） 2 ()(2)(625) K G s s s s s = +++ 求：1．为使闭环系统稳定，确定K 的取值范围。 2．当K 为何值时，系统出现等幅振荡，并确定等幅振荡的频率。 3．试讨论当200K =、()2r t t =时，?)(=∞ss e 二、化简下图所示的方块图，并求出其闭环传递函数 ) () (S R S Y （ 12分）

求：1、当)(1)(t t r =时，系统的超调量?P σ=，及调节时间?s t =（02.0=?）， 2、当输入信号分别为)(1)(t t r =；()r t t =；21 ()2 r t t =时，其()?ss e ∞= 四、系统结构图如下：（12分） 求：1）试绘出以T 为变量的根轨迹的大致图形。（如有渐近线； 分离点、会合点；出射角、入射角； 与虚轴的交点等问题应计算之） 2）为使系统稳定，T 的取值范围。 3）系统临界稳定时T 的数值，并指出临界稳定时的振荡频率。

技术指标要求：相角稳定裕量：050≥γ；剪切频率：13≥C ω秒-1，=200V K 秒-1，试求?)(=s G C (注：系统的固有特性、校正特性及校正后的特性均应画在给出的对数坐标纸上。)

六、某非线性系统的结构图如下：（8分） 其中：1 =a ，1k =；试确定系统处于临界稳定状态时，线性部分的?=K 及振荡频率?=ω

( 提示：死区非线性的描述函数1 2 ()[1(sin a N X k X π -=- +) 七、回答下列各问：（12分） 1．在下述图中，各控制系统的开环幅相频率特性如图所示，P 为各开环传递函数在s 平面右半部的极点数，试判断各闭环系统的稳定性（如不稳定需指出有几个不稳定的根）。（4分） P = P=0 P=1 P=0