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： 2016.12.21

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，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：

G

c

(s)

1

s2 (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:

==0.316 rad/s

对应的相位裕度为:

3)超前校正提供

4)解得 a=7.5

5),得到0.523 rad/s

6) 1.43 rad/s 0.19 rad/s

7)

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);

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 =18.3027 r =47.0334 wg =3.4822 wc =0.5273

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：

5.49s =13.1s =30.7%

三、矫正装置电路图

四、设计结论

根据题目要求，设计了对原系统进行矫正，矫正后的相位裕度为47满足了的要求。校正后由系统阶跃响应求出 5.49s =13.1s =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。