哈工大自控原理课设报告电机

1、harbin institute of technology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： 控制系统直流电机 院 系： 控制科学与工程-自动化 班 级： 设 计 者： 学 号： 指导教师： 强盛 设计时间： 2015年3月 哈尔滨工业大学一、人工设计41.控制系统校正前的传递函数：42.对于性能指标a：5（1）问题分析：5（2）采用超前校正时：63.对于性能指标b：8（1）问题分析：8（2）减小误差8二、计算机辅助设计81. 对于性能指标a8（1） 被控对象开环simulink图8（2）被控对象的开环bode图9（3） 校正以后的simulink图9（4）

2、校正以后的bode图10（5） 最后校正完成的闭环simulink图10（6） 阶跃响应时的仿真曲线112. 性能指标b11（1） 被控对象开环simulink图12（2） 被控对象的开环bode图12（3） 校正以后的simulink图12（4） 超前校正以后的bode图13（5）超前校正之后的闭环simulink图14（6） 阶跃响应时的仿真曲线15（7）正弦响应的仿真曲线15（8）用正弦信号输入时，采用顺馈控制的simulink图17（9）加入顺馈控制之后的正弦响应的仿真曲线17三、校正装置电路图191. 对于性能指标a：19(1)超前环节的电路参数19(2)放大环节的电路参数202.

3、对于性能指标b：20（1） 超前环节和放大环节20（2） 顺馈环节20四、 设计总结21五、 设计心得2220一、人工设计1.控制系统校正前的传递函数：根据直流电机的工作原理及其公式可得：将已知条件代入上式，由于，因此可以忽略，上式第一项变为0.对上式取拉氏变换，得所以传递函数2.对于性能指标a： （1）问题分析：由指标（1），将传递函数改写为系统的闭环特征方程为：所以由劳斯判据可得： 53.018 1 400 0 1 0该系统稳定，固有传递函数的bode图如下：修改开环放大倍数为400 此时的剪切频率和相角裕度分别为： 本题要求超调量，过渡过程时间根据经验公式求得，实际的比要求的小很多，因此

4、采用超前校正。（2）采用超前校正时：设串联环节的传递函数为因此串联超前校正环节的传递函数为：此时的传递函数为：校正后的bode图如下：由bode图可看出，校正后的3.对于性能指标b：（1）问题分析：由于性能指标b的要求与a基本一致，因此采用和a一样的校正环节。符合要求。（2）减小误差由条件（7）（8）得，输入信号为正弦信号，表达式为：为使稳态误差，采用顺馈控制减小稳态误差，这样可以使稳态误差符合设计要求。二、计算机辅助设计1. 对于性能指标a（1） 被控对象开环simulink图（2）被控对象的开环bode图（3） 校正以后的simulink图（4） 校正以后的bode图（5） 最后校正完成的

5、闭环simulink图（6） 阶跃响应时的仿真曲线2. 性能指标b（1） 被控对象开环simulink图（2） 被控对象的开环bode图（3） 校正以后的simulink图（4） 超前校正以后的bode图（5）超前校正之后的闭环simulink图（6） 阶跃响应时的仿真曲线（7）正弦响应的仿真曲线输入信号输出信号误差信号（8）用正弦信号输入时，采用顺馈控制的simulink图（9）加入顺馈控制之后的正弦响应的仿真曲线输出信号误差信号曲线由输出信号和误差信号的曲线可以看出，输出的正弦信号很平稳，且满足稳态误差的要求。三、校正装置电路图1. 对于性能指标a：(1)超前环节的电路参数 超前环节的放大

6、倍数: 取,，(2)放大环节的电路参数放大环节放大倍数： 取，2. 对于性能指标b：（1） 超前环节和放大环节由于本题采用与性能指标a相同的超前校正环节，因此，超前环节和放大环节的电路图与a相同。（2） 顺馈环节 顺馈环节的放大倍数: 取,，4、 设计总结本题给出的是一个机电系统的各项指标，首先需要根据已知条件建立数学模型，列出数学方程式。题目要求的是时域指标，根据经验公式将其转换为频域指标，。本题中两个性能指标给出的条件基本一致，因此有一部分相同的校正环节。由于固有传递函数的相角裕度小于题目要求，因此采用串联超前校正，将相角裕度和剪切频率增大到题目要求的大小。经过加入超前校正环节后，频域指标

7、变为，。符合性能指标a的要求。而对于性能指标b，单纯从频域指标的角度考虑，校正方法和性能指标a相同，只需要加入一个超前校正环节；但是性能指标b的输入信号是一个正弦信号，导致存在较大的稳态误差，为了减小稳态误差至要求的范围，需要加入一个顺馈校正环节，再进行仿真之后发现稳态误差已经符合要求。对于校正环节的实现电路，采用带有运算放大器的rc电路，利用和来设计电路的参数。当然在实际操作中可能找不到符合设计值的标准元件，需要根据实际情况进行调整。5、 设计心得在本次课程设计之前，我对自动控制原理的认识只是限于书本和一些理论性的题目，并没有做过与实际应用相关的设计。本次课程设计，是一个基于直流电动机的控制系统，首先需要建立系统的数学模型，然后根据要求设计校正环节，并且利用计算机进行仿真验证，经历了一个完整的控制系统设计过程。在一个完整的物理背景下，不仅需要自动控制原理的基本知识，还需要熟练运用各种校正方法，根据实际情况选择不同的校正方法，有时可能需要几种校正方法结合起来。同时，在设计的过程中，需要运用matlab来进行仿真分析，这使我对matlab的应用更加熟练，对这一科学工具的学习，对我以后的学习和工作会有很大的帮助。对于一个实际的物理背景下的问题，理论计算是一部分，但是在实际的电路实现上，可能难以做到理论结果那么精确，需要根据实际的条件稍加改进，这也让我意识到理论学习和工程实践之