哈工大自动控制原理大作业
哈工大自动控制原理大作业
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50 ，并估计校正后系统的超调量及峰值时间。
()R s ()Y s2.分析与校正主要过程2.1确定开环放大倍数K100)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=ω2.3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11201~101c ωω）（=因此取s rad c /110111==ωω）（，则由Bode 图可以列出 40)1lg(20)1lg(40)110lg(2022+=+ωω 解得s rad /1.02=ω于是1.0=β 则滞后网络传递函数为1101)(++=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。
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。
哈工大机械系统自动控制大作业-伺服控制系统的控制特性研究
Harbin Institute of Technology机械系统自动控制技术大作业报告题目：伺服控制系统的控制特性研究班级：作者：学号：指导教师：郝明晖郝双晖时间：2015.5.6哈尔滨工业大学摘要交流伺服系统的性能指标可以从调速范围、定位精度、稳速精度、动态响应和运行稳定性等方面来衡量。
本文主要以交流伺服系统为例进行伺服控制系统的控制特性分析。
一、引言“伺服系统”是指执行机构按照控制信号的要求而动作，即控制信号到来之前，被控对象时静止不动的；接收到控制信号后，被控对象则按要求动作；控制信号消失之后，被控对象应自行停止。
伺服系统的主要任务是按照控制命令要求，对信号进行变换、调控和功率放大等处理，使驱动装置输出的转矩、速度及位置都能灵活方便的控制。
图1 伺服系统构成二、伺服系统分类伺服系统的分类方法很多,常见的分类方法有以下三种.（1）按被控量参数特性分类；（2）按驱动元件的类型分类：伺服控制系统按所用控制元件的类型可分为机电伺服系统、液压伺服系统（液压控制系统）和气动伺服系统；（3）按控制原理分类.伺服系统可分为开环控制伺服系统、闭环控制伺服系统和半闭环控制伺服系统。
常见的四种伺服控制系统有液压伺服控制系统、交流伺服控制系统、直流伺服控制系统、电液伺服控制系统，下面以交流伺服系统为例进行其控制特性分析。
图2 交流控制原理三、性能分析交流伺服系统的性能指标可以从调速范围、定位精度、稳速精度、动态响应和运行稳定性等方面来衡量。
低档的伺服系统调速范围在1:1000以上，一般的在1:5000—1:10000，高性能的可以达到1:100000以上；定位精度一般都要达到±1个脉冲，稳速精度，尤其是低速下的稳速精度比如给定1rpm时，一般的在0. 1 rpm以内，高性能的可以达到±0.01 rpm 以内；动态响应方面，通常衡量的指标是系统最高响应频率，即给定最高频率的正弦速度指令，系统输出速度波形的相位滞后不超过90或者幅值不小于50%。
哈工大自动控制原理大作业定稿版
哈工大自动控制原理大作业HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】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： 2016.12.21哈尔滨工业大学题目88. 在德国柏林，磁悬浮列车已经开始试验运行，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行，而且具有较高的能量利用率。
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°≤γ≤55°，并估算校正后系统的阶跃响应。
图 8 题 8 中磁悬浮列车悬浮控制系统一、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。
1)未校正系统的开环频率特性函数应为：γ0(γγ)=1γ2(γ+10)2)未校正系统的幅频特性曲线图如下：由图中可以得出:γγ=√γ=0.316 rad/s对应的相位裕度为:γ(γγ)=180°−180°−arctan(γγ10)=−1.81°G c(s) 13)超前校正提供?(m)=50°4)γ−1γ+1=γγγ50°解得 a=7.55)−10γγγ=−8.75γγ,得到γγ=0.523 rad/s6)1γ=√γγγ=1.43 rad/s 1γγ=0.19 rad/s7)γγ(γ)=1+5.3γ1+0.7γ二、计算机辅助设计利用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满足题目要求。
哈工大机电控制系统大作业一
设一转速、电流双闭环直流调速系统，米用双极式H桥PWM方式驱动, 已知电动机参数为：额定功率200W ；额定转速48V ；额定电流4A ；额定转速=500r/min ；电枢回路总电阻；允许电流过载倍数=2；电势系数C e =0.04Vmin/r ；电磁时间常数T L-0.008s；机电时间常数T m= 0.5;电流反馈滤波时间常数To^ 0.2ms；转速反馈滤波时间常数T°n = 1ms；要求转速调节器和电流调节器的最大输入电压U；m =5；=10V ；两调节器的输出限幅电压为10V ；PWM功率变换器的开关频率f -10kHz；放大倍数K s=4.8。
试对该系统进行动态参数设计，设计指标：稳态无静差；电流超调量；—-5%;空载起动到额定转速时的转速超调量二-25% ；过渡过程时间t s=0.5 s。
1.计算电流和转速反馈系数电流反馈系数：U10 = 1.25(V/A )'Inom2 4转速反馈系数：*U nmCi —-10 0.02(V min /r)nn om5002.电流环的设计(1)确定时间常数电流反馈滤波时间常数T °i = 0.2ms =0.0002s ,11调制周期 T s=——0.0001s ，f 10x1000按电流环小时间常数的近似处理方法，取T 沪 T s T °i =0.0001 0.0002 = 0.0003s(2) 选择电流调节器结构电流环可按I 型系统进行设计。
电流调节器选用PI 调节器，其传递函数为皿+1 G ACR (s)二 K iNS(3) 选择调节器参数超前时间常数：j =T = 0.008s 。
电流环按超调量6^5%考虑，电流环开环增益：取 K,^^0.5，因此0.50.5K ,1666.6667Tj 0.0003于是，电流调节器的比例系数为0.008乂 8 K i = K } -1666.6667 17.7778K s1.25 4.8(4) 检验近似条件电流环的截止频率•〔= K| =1666.6667 1/s现在，3333.3333 • 1666.6667 =•⑺，满足近似条件。
哈工大自控课设大作业
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y课程设计说明书（论文）课程名称：自动控制原理设计题目：串联校正装置设计院系：自动化测试与控制系班级：1201112设计学号：1120110623指导教师：马明达设计时间：2014.12.25哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学课程设计任务书一、人工设计已知技术参数和设计要求：设单位反馈系统开环传递函数为126()11(1)(1)1060K G s s s s =++要求设计一串联校正装置，使系统满足：（4）输入速度为1(rad/s)时，稳态速度误差不大于1/126(rad)； （5）开环放大系数不变； （6）相角裕度不小于30°，截止频率为20(rad/s)。
)1631)(189()1101)(19.81(c ++++=s s s s G即校正装置电路参数由校正装置传递函数)1631)(189()1101)(19.81(c ++++=s s s s G ，设计滞后超前电路网络:此网络传递函数 221121221122112211)()(22C R C R s C R C R C R s C R C R s C R C R s U U sr sc +++++++=，由于sr scc U U G =，所以据此求解可得到电阻R 和电容C 。
R 1=45.5Ω C 1=220μF解得 R 2=8.9Ω C 2=1F二．计算机辅助设计Simulink仿真框图校正前校正后阶跃响应曲线校正前012345678-2-1.5-1-0.50.511.5x 109Step ResponseTime (seconds)A m p l i t u d e校正后00.511.5Step ResponseTime (seconds)A m p l i t u d eBode 图10-210-110101102103104P h a s e (d e g )Bode DiagramGm = 13.3 dB (at 53.5 rad/s) , P m = 34.2 deg (at 19.8 rad/s)Frequency (rad/s)-150-100-50050100M a g n i t u d e (d B )根轨迹图校正前Root LocusReal Axis (seconds -1)I m a g i n a r y A x i s (s e c o n d s -1)-150-100-5050100150校正后-300-250-200-150-100-50050100-250-200-150-100-50050100150200250Root LocusReal Axis (seconds -1)I m a g i n a r y A x i s (s e c o n d s -1)Nyquist 图校正前(整体图)-250-200-150-100-50050100150200250Nyquist DiagramReal AxisI m a g i n a r y A x i s（ 局部放大图）-7-6-5-4-3-2-10-4-3-2-11234Nyquist DiagramReal AxisI m a g i n a r y A x i s校正后（整体图)-80-70-60-50-40-30-20-100-1500-1000-50050010001500Nyquist DiagramReal AxisI m a g i n a r y A x i s(局部放大图)哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）-10-9-8-7-6-5-4-3-2-101-8-6-4-202468Nyquist DiagramReal Axis I m a g i n a r y A x i s三.设计结论通过人工设计求出校正装置的传递函数以及校正装置的电路参数，设计出滞后超前的串联校正装置。
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。
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）：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()(2121T s T s T s T s K s G cc 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==cK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11sin +-=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1100152001.02.0++=++s s s s 相角超前部分：由图1知dB j G 10|)4.2(|=。
哈工大-自动控制原理试题库
s(s 3)2
1、绘制该系统以根轨迹增益 Kr 为变量的根轨迹（求出：渐近线、分离点、 与虚轴的交点等）；（8 分）
2、确定使系统满足 0 1的开环增益 K 的取值范围。（7 分）
六、（共 22 分）某最小相位系统的开环对数幅频特性曲线 L0 () 如图 5 所示：
中采用
；在频域分析中采用
。
4、传递函数是指在 初始条件下、线性定常控制系统的
与
之比。
5、设系统的开环传递函数为
K ( s 1) s2 (Ts 1)
，则其开环幅频特性
为
，相频特性为
。
6、频域性能指标与时域性能指标有着对应关系，开环频域性能指标中的幅
值 穿 越 频 率 c 对 应 时 域 性 能 指 标
三、(8 分)写出下图所示系统的传递函数 C(s) （结构图化简，梅逊公式均
R(s)
可）。
7
四、（共 20 分）设系统闭环传递函数
(s)
C(s) R(s)
T
2s2
1 2Ts
1
，试求：
1、 0.2 ；T 0.08s ； 0.8 ；T 0.08s 时单位阶跃响应的超调量 % 、
调节时间 ts 及峰值时间 t p 。（7 分） 2、 0.4 ；T 0.04s 和 0.4 ；T 0.16s 时单位阶跃响应的超调量 % 、
A、 K (2 s) s(s 1)
B
、
K (s 1) s(s 5）
C
、K s(s2－s 1)
D、 K (1 s) s(2 s)
8、若系统增加合适的开环零点，则下列说法不正确的是 ( )。
自动控制原理大作业完成版
一、 设计任务书设计任务是考虑到飞机的姿态控制问题，姿态控制转换简化模型如图所示，当飞机以4倍音速在100000英尺高空飞行，姿态控制系统的参数分别为：4,0.1,0.1,0.111====a a aK ωεωτ设计一个校正网络(),s G c 使系统的阶跃响应超调量小于5%，调节时间小于5s （按2%准则）2、计算机辅助设计（1）simulink仿真框图Simulink仿真框图双击scope显示图像，观察阶跃相应是否达到指标放大图像观察超调量为s t s p 7.4%,3==σ满足要求（2）绘制bode 图校正前的bode图校正后的bode图（3）绘制阶跃相应曲线校正前的阶跃相应曲线校正后的阶跃相应曲线三、校正装置电路图前面为放大装置放大25倍，后面为超前补偿电路，它自身的K 为0.1，相乘之后为指标中的2.5，校正装置电路完成160)16(5.2++=s s G c 。
四、设计结论设计的补偿网络为160)16(5.2++=s s G c 。
经过仿真得出超调量为s t s p 7.4%,3==σ满足要求。
五、设计后的心得体会实际的控制系统和我们在书中看到的标准系统差别很大，参数的要求比书中要求相对要苛刻，在设计校正网络的过程中，遇到很多困难超前滞后用根轨迹法无法求出，只能用simulink 画出仿真框图，通过经过一定的计算大概确定某些参数，通过不断地尝试修改，才能最终得到满足指标要求的阶跃相应曲线，很多时候现实中的参数没有书中的参数给的那么简单，会遇到很多难以想象的复杂状况，所以我们学习控制原理关键是学习怎么处理，如何应用好软件来配合完成系统的设计，现代控制理论不能单纯的通过简单的计算得出结论的，需要我们熟练运用软件来辅助设计，这样我们才能设计好一个校正网络。
附录：绘制bode图程序：g1=tf(16*[1.1],[1,2,16,0]);margin(g1)g2=tf(400*[1,7,6],[1,62,136,960,0]); margin(g2)绘制阶跃相应程序g1=tf(16*[1.1],[1,2,16,0]);h=tf([1],[1]);gc1=feedback(g1,h);t=0:0.01:10;step(gc1,t);gridg2=tf(400*[1,7,6],[1,62,136,960,0]); h=tf([1],[1]);gc2=feedback(g2,h);t=0:0.01:10;step(gc2,t);grid。
自动控制原理E卷
考试科目:
题号 分数 评卷人 一
哈尔滨工程大学试卷
共 2 页；第 1 页
E卷
2. 控制系统结构图如下： 已知 G 1 ( s ) a s 2 b s c
G (s) 10 s ( 0 . 2 s 1)( 0 . 3 s 1)
第 2 页
自动控制原理
二 三 四 五 六 总分
试选择参数 a、b、c 的值，使系统响应速度信号时无稳态误差。(15 分)
G3(s) G1(s) H(s) G2(s) -
1. 绘制该系统的根轨迹。(8 分) 2. 绘制 K=50 时的开环频率特性(Nyquist 曲线草图)，并应用 Nyquist 稳 定判据说明 K=50 时闭环系统的稳定性。(7 分) 五、(15 分)设单位负反馈系统的开环传递函数为： G ( s )
R(s) G1(s) + G2(s) C(s)
四、(共 15 分)已知负反馈控制系统开环传递函数为： G ( s )
K s ( s 2 )( s 3 )
姓名：
一、控制系统数学模型(共 20 分) 1. RLC 无源网络如图所示。试列写以 ui(t)为输入量， uo(t)为输出的 微分方程。并求网络的传递函数。(10 分) R1 ui(t) C R2 2. 控制系统结构图如下所示。 画出对应的信号流图， 并用梅森公式求 传递函数 C(s)/R(s)。(10 分)
订
学号：
线
R(s)
C(s)
二、(15 分)已知控制系统的结构图如下所示： 1. 当主反馈开路时，系统的单位阶跃响应为： 0 . 5 e t. 当 G ( s )
1 s3
，且 r ( t ) 10 1( t ) 时，求 t p 、 p 、 e ss 。
哈工大自动控制原理
哈工大自动控制原理哈工大自动控制原理引言•自动控制原理（Automatic Control Principle）是指利用控制系统对被控对象进行调节、管理和控制的学科。
它广泛应用于各个领域，如机械、电子、航空、化工等。
什么是自动控制原理•自动控制原理是一门研究如何设计、分析和改进控制系统的学科。
它主要研究控制系统的建模、控制方法和控制理论。
控制系统的基本组成•控制系统由四个基本组成部分构成：1.被控对象（Plant）：也称为系统，在自动控制中是需要被控制的物理实体或过程。
2.传感器（Sensor）：用于测量被控对象的状态或输出信号，并将其转换成电信号。
3.执行机构（Actuator）：根据控制器的输出信号，将电信号转换成对被控对象施加的作用力、功率等。
4.控制器（Controller）：基于传感器测量值，计算出控制器输出信号，并将其发送给执行机构。
自动控制的基本原理•自动控制的基本原理是建立在数学模型和控制方法上的。
其主要包括以下几个方面：1.系统建模：将被控对象的动态特性转化成数学方程。
常见的建模方法有传递函数法、状态空间法等。
2.稳定性分析：通过数学分析和计算，确定控制系统在各种工况下是否稳定。
常见的稳定性分析方法有根轨迹法、频域法等。
3.控制器设计：基于系统模型和稳定性要求，设计出适合的控制器。
常见的控制器设计方法有比例积分微分控制器（PID）方法、模糊控制方法等。
4.闭环控制：将测量信号通过反馈路径返回给控制器，以实现对被控对象的控制。
闭环控制可以提高系统的稳定性和鲁棒性。
自动控制在工程中的应用•自动控制在工程中有着广泛的应用，以下是一些常见的应用领域：1.工业自动化：包括工厂自动化、流水线控制、机器人控制等。
2.交通运输：包括交通信号灯控制、自动驾驶等。
3.航空航天：包括飞行控制、导航系统等。
4.电力系统：包括发电厂控制、电网调度等。
5.化工过程：包括化工生产、反应控制等。
结语•自动控制原理作为一门学科，研究如何设计和改进控制系统。
自动控制原理大作业报告
背景：卫星通讯具有通讯距离远、覆盖范围大、通讯方式灵活、质量高、容量大、组网迅速基本不受地理和自然环境限制等一系列优点。
近来，采用小口径天线的车载卫星天线得到越来越广泛的应用。
系统采用8052单片机，对步进电动机运转和锁定进行有效控制。
在我做的大作业中选取了其中自动控制的部分进行分析和校正。
系统的提出：天线方位角位置随动系统建摸系统的原理图如图所示。
系统的任务是使输出的天线方位角θ0(t)跟踪输入方位角θi(t)的变化，试建立该系统的数学模型。
系统的参数值如下：电源电压V=10v；功率放大器的增益和时间常数K1=1，T1=0.01s；伺服电动机的电枢回路电阻Rd =8Ω，转动惯量Ja=0.02Kg m2，粘性摩擦系数f a=0.01N m s/rad，反电势系数C e=0.5V s/rad，转矩系数C m=0.5N m/A；减速器各齿轮的齿数为Z1=25，Z2= Z3=250；负载端的转动惯量JL=1 Kg m2粘性摩擦系数fL=1N m s/rad。
预定目标：阶跃响应的稳态误差为0，斜坡响应的稳态误差小于5%，阶跃响应的超调量小于25%，调节时间小于0.5s解：采用组合系统建摸法，根据原理图可以将系统划分为六个环节：输入电位器，差分放大器，功率放大器，电动机，减速器和输出电位器。
首先建立各个环节的数学模型，然后将它们组合起来则可得系统的数学摸型。
1环节的数学模型(1) 输入电位器与输出电位器由于输入电位器与输出电位器的线路和电位器的结构均相同，故这两个环节的传递函数是一样的。
对电位器环节的输出电压与输入角位移的特性进行线性化处理则可视其为一比例环节。
由图可知；当动触头位于电位器中心时其输出电压为零；朝前或朝后转动5圈其输出电压变化均为10V。
于是可得它们的传递函数为(2) 差分放大器与功率放大器放大器通常工作在放大状态，可不考虑饱和的影响。
差分放大器的时间常数比起功率放大器以及系统的其他环节的时间常数要小得多，可以忽视不计。
三轴转台内环控制系统【哈工大自动控制原理 大作业】
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：. 1一、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=，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：四、计算机辅助设计观察系统的单位阶跃相应曲线：五、校正装置电路图电路元件参数为：R2=Ω R3=Ω C1=μF C2=μF六、结论校正后的传递函数：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。
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H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y
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：
哈尔滨工业大学
题目8
8. 在德国柏林，磁悬浮列车已经开始试验运行，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行，而且具有较高的能量利用率。
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°≤γ≤55°，并估算校正后系统的阶跃响应。
图 8 题 8 中磁悬浮列车悬浮控制系统 一、 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。
1) 未校正系统的开环频率特性函数应为：
γ0(γγ)=1
γ2(γ+10)
2) 未校正系统的幅频特性曲线图如下：
由图中可以得出:
γγ=√γ= rad/s
对应的相位裕度为:
γ(γγ)=180°−180°−arctan (γγ
10)=−1.81°
3) 超前校正提供?(m )=50°
4) γ−1
γ+1=γγγ50° 解得 a=
5) −10γγγ=−8.75γγ,得到γγ= rad/s
6) 1γ=√γγγ= rad/s 1
γγ= rad/s
7) γγ(γ)=1+5.3γ
1+0.7γ
二、 计算机辅助设计
利用MATLAB 语言对系统进行辅助设计、仿真和调试
g = tf(1,[1 10 0 0]); G c (s )
1 s (s ?10)
gc = tf([ 1],[ 1]);
ge = tf([ 1],conv([ 1],[1 10 0 0]));
bode(g,gc,ge);
grid
legend('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 = r = wg = wc =
满足题目要求。
Simulink仿真：
plot(ScopeData(:,1),ScopeData(:,2))
title('Step Response');
xlabel('t/s')
ylabel('y')
由图可以得出：
γγ=γγ= γγ=%
三、矫正装置电路图
四、设计结论
根据题目要求，设计了γγ(γ)=1+5.3γ
对原系统进行矫正，矫正后的相位
1+0.7γ
裕度为47°满足了45°≤γ≤55°的要求。
校正后由系统阶跃响应求出γγ=γγ= γγ=%。
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遇到的各种问题，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，在今后的设计中会进一步吸取经验，继续学习进步。