哈工大2015自动控制原理大作业要求与题目

自动控制原理大作业要求与题目

（1）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。

（2）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。

（3）确定校正装置的电路形式及其参数。

（4）撰写设计报告。具体内容包括如下五个部分。

1）设计任务书

2）设计过程人工设计过程包括计算数据、系统校正前后及校正装置的Bode 图（在半对数坐标纸上）、校正装置传递函数、性能指标验算数据。计算机辅助设计过程包括Simulink仿真框图、Bode图、阶跃响应曲线、性能指标要求的其他曲线。

3）校正装置电路图

4）设计结论

5）设计后的心得体会

1.参考图1所示的闭环控制系统。试设计一个超前校正装置,使得相位裕度为

45，幅值裕度不小于8分贝，稳态速度误差常数为4秒-1。利用MATLAB画出已校正系统的单位阶跃和单位斜坡响应曲线。

图1 题1所述闭环系统

2.考虑图2所示的系统。试设计一个校正装置，使得稳态速度误差常数等于50

秒-1，相位裕度为50，幅值裕度不小于8分贝。利用MATLAB画出已校正系统和未校正系统的单位阶跃和单位斜坡响应曲线。

图2 题2所述控制系统

3. 考虑图3所示的卫星姿态控制系统。试设计一个校正装置，使得相位裕度为

45，

幅值裕度大于或等于6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。

图3 题3所述控制系统

4. 考虑图

4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4秒-1，相位裕度为50，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和单位斜坡响应曲线。

图4 题4所述控制系统

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，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。

图5 题5所述控制系统

6. 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6所示。 （a ） 当c G ()s K =时，确定K 的合适取值，使系统的相位裕度为50，并请

估计此时的系统带宽；

（b ） 试设计一个合适的滞后校正网络，使系统相位裕度为

50，稳态速度

误差常数为2秒-1。

Y(s)负载波形

R(s)参考输入

图6 题6所述控制系统框图

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。

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

4555γ≤≤ ，并估算校正后系统的阶跃响应。

Y(s)悬浮高度

R(s)输入指令

图8 题8中磁悬浮列车悬浮控制系统

9. 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。在忽略2τ的条件下，试设计超前校正网络，使系统的相位裕度满足

4565γ≤≤ 。

按相位裕度的两个极端情况设计系统后，计算并比较所得系统阶跃响应的超调量和调节时间。

()

R s ()

Y s

图9 题9中自动导航小车

10.继续考察题9给出的系统，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。

10-210-1100101102

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