2023年哈工大自动控制原理大作业

Harbin Institute of Technology 课程设计说明书（论文）课程名称： 自控控制原理大作业 设计题目： 控制系统的矫正 院 系： 自动化测试与控制系 班 级： 设 计 者： 学 号： 指导教师： 强盛 设计时间： 2023.12.21 哈尔滨工业大学题目88. 在德国柏林，磁悬浮列车已经开始实验运营，长度为 1600m的M-Bahn号实验线路系统代表了目前磁悬浮列车的发展水平。自动化的磁悬浮列车可以在较短的时间内正常运营，并且具有较高的能量运用率。车体悬浮控制系统的框图模型如图 8 所示，试设计一个合适的校正网络，使系统的相位裕度满足45°55°，并估算校正后系统的阶跃响应。 Gc(s) 1 s2 (s +10) 图 8 题 8 中磁悬浮列车悬浮控制系统一、 人工设计运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，并拟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规定。1) 未校正系统的开环频率特性函数应为：G0j=1s2(s+10)2) 未校正系统的幅频特性曲线图如下：由图中可以得出:c=K=0.316 rad/s相应的相位裕度为:c=180°-180°-arctanc10=-1.81°3) 超前校正提供m=50°4) a-1a+1=sin50° 解得 a=7.55) -10lga=-8.75dB,得到m=0.523 rad/s6) 1T=am=1.43 rad/s 1aT=0.19 rad/s7) GCs=1+5.3s1+0.7s二、 计算机辅助设计运用MATLAB语言对系统进行辅助设计、仿真和调试g = tf(1,1 10 0 0);gc = tf(5.3 1,0.7 1);ge = tf(5.3 1,conv(0.7 1,1 10 0 0);bode(g,gc,ge);gridlegend('uncompensated','compensator','compensated')kg,r,wg,wc=margin(ge)系统校正前后及校正装置的Bode图:性能指标：kg =18.3027 r =47.0334 wg =3.4822 wc =0.5273满足题目规定。Simulink仿真：plot(ScopeData(:,1),ScopeData(:,2)title('Step Response');xlabel('t/s')ylabel('y')由图可以得出：tp=5.49s ts=13.1s p=30.7%三、 矫正装置电路图四、 设计结论根据题目规定，设计了GCs=1+5.3s1+0.7s 对原系统进行矫正，矫正后的相位裕度为47° 满足了 45°55° 的规定。校正后由系统阶跃响应求出 tp=5.49s ts=13.1s p=30.7% 。五、 设计后心得体会通过本次大作业，学会了在自动控制中应用MATLAB/SIMULINK辅助设计，并且将课程中学到的知识在具体场景中的应用，更加深化对系统矫正知识的理解。同时通过书本和互联网解决了设计中碰到的各种问题，但在最后的电路图设计中，由于之前未考虑到元件的选取，导致选型困难，在此后的设计中会进一步吸取经验，继续学习进步。