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Harbin Institute of Technology 课程设计说明书（论文） 课程名称： 设计题目： 院 系： 班 级： 设 计 者： 学 号： 指导教师： 设计时间： 哈尔滨工业大学 哈尔滨工业大学课程设计任务书 姓 名： 院 （系）： 专 业： 班 号： 任务起至日期： 年 月 日至 年 月 日 课程设计题目： 某仿真设备显示臂方位系统的设计与仿真 已知技术参数和设计要求： 技术要求： 已知控制系统结构图如下： 工作量： 1 熟悉对系统的要求，查阅资料。 2 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。 3 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。 4 确定校正装置的电路形式及其参数。 5 撰写设计报告。 工作计划安排： 同组设计者及分工： 指导教师签字___________________ 年 月 日 教研室主任意见： 教研室主任签字___________________ 年 月 日 *注：此任务书由课程设计指导教师填写。 哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文） 某仿真设备显示臂方位系统的设计与仿真 摘要：本文搭建了仿真设备显示臂方位系统，推导出了该系统的数学模型，并利用MATLAB进行了仿真分析，通过串联迟后-串联超前的校正方法，设计控制器使系统达到指标要求。 关键字：数学模型；Matlab仿真；方位控制； 0 引言 本文以某仿真设备显示臂方位系统为例，推导出了该系统的数学模型，并利用MATLAB进行了仿真分析，通过串联迟后-串联超前的校正方法，设计控制器使系统达到指标要求。 1 系统的组成 功放控制器电机D/A速度环校正 功放 控制器 电机 D/A 速度环校正 测速机 码盘 -—— θ θ 2 数学模型 建立被控对象的数学模型有两种基本方法,一种是物理机理建模,另一种是辨识方法建模。采用频率特性法辨识速度环的传递函数,得出被控对象的数学模型。控制系统的方框图如图所示。 3 系统校正 显示臂方位系统是电流、速度、位置三环系统。对于多回路系统,可以先设计内环,再设计外环。系统的电流环包括在此校正环节中(认为已经调整好),因此,我们的任务是设计速度环（内环）和位置环（外环）。 3.1 速度环设计 速度环设计的目的是为了位置环（外环）设计方便。在此，将速度环内的Gsj假设为一个放大器，目的是提高内环的放大系数以满足系统的指标要求，H1认为是测速机的传递函数即纯微分环节，目的是得到 设Gsjs= G 在此，画出318K 由bode图可以看出，不同K1K2的取值对位置环开环传递函数的幅频特性影响主要集中在高频段，并且对高频段影响不是很大，且随着K1K2取值的增大，剪切频率也逐渐增大；对相频特性的影响在中频段，并且当K1K2较大时，相角变化越平缓。在选择K1、K2时 3.2位置环校正 通过对速度环的设计得到了位置环的开环传递函数 G 并将该开环传递函数改写为满足开环增益Kv和串联积分环节v G 画出G01’ 由图可以看出，G01’s的剪切频率为164 rad/s，远大于设计要求的ωc=50rad/s；G01’s的相角裕度为-233°+180°=-53°，不满足设计要求。如果采用串联迟后校正，求取满足相角裕度的剪切频率为∠G 考虑到串联超前校正可以有效地增加相角裕度，所以，首先采用串联迟后校正，使系统的剪切频率满足或接近于设计要求。在此基础上，再采用串联超前校正，使相角裕度满足设计要求。 考虑到做串联超前校正时，会使原系统的剪切频率增大，所