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：高精度五轴转台方位系统 设计与仿真 院 系： 航天学院 班 级： XXXX 设 计 者： 学 号： 指导教师： XXXXXX 设计时间： 2014年2月

哈尔滨工业大学 自动控制原理课程设计 2

哈尔滨工业大学课程设计任务书 姓 名： 院 （系）：航天学院控制科学与工程系 专 业：探测制导与控制技术 班 号：1104201 任务起至日期： 2014年 2月 17日至 2014年 3月 20日

课程设计题目：高精度五轴仿真转台方位系统设计与仿真

对于高精度五轴仿真转台方位系统，已知其固有传递函数为 )18.5325.26491(87.95)()(2ssssIsQ

要求完成的主要任务： 设计控制器满足以下要求：最大角速度s/500；最大角加速度s/3500；动态误差小于5角秒；剪切频率高于50 1/s；相角裕度大于45度

工作量： （1） 画出原系统的Bode图，分析其是否满足性能指标。 （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。验证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） 撰写设计报告。具体内容包括以下五个部分。 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）、校正装置的传递函数、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、阶跃相应曲线、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 自动控制原理课程设计 3

工作计划安排： 审题，查阅资料 2天 人工计算，计算机辅助设计 5天 修改，优化设计 5天 完成课程设计说明书 2天

同组设计者及分工：无同组设计者，全部自己完成

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 自动控制原理课程设计 4

目录 1、题目要求与分析...................................................................................................... 5 1.1题目要求.......................................................................................................... 5 1.2 题目分析......................................................................................................... 5 2、人工设计.................................................................................................................. 6 2.1 校正方法的选择............................................................................................. 6 2.2 串联迟后校正................................................................................................. 7 2.2.1 串联迟后校正计算.............................................................................. 7 2.2.2 验算...................................................................................................... 8 2.3 局部反馈校正.................................................................................................9 2.3.1 局部反馈校正计算.............................................................................. 9 2.3.2 验算....................................................................................................11 2.4 校正结果的检验及修正...............................................................................11 3、 计算机辅助设计.................................................................................................. 12 3.1 校正前的开环simulink模型图................................................................... 12 3.2 校正前的开环Bode图 ................................................................................ 13 3.3 校正后的开环simulink模型图................................................................... 14 3.4 校正后的开环Bode图 ................................................................................ 14 3.5 校正后的闭环simulink模型图................................................................... 15 3.6 校正后的闭环单位阶跃响应仿真曲线....................................................... 15 3.7 校正后的闭环正弦响应仿真曲线………………………………………...16 4、校正装置电路图.................................................................................................... 17 4.1 串联装置原理图........................................................................................... 18 4.2 串联迟后校正环节装置电路....................................................................... 18 4.2 局部反馈校正环节装置电路……………………………………………...18 5、设计总结................................................................................................................ 19 6、心得体会................................................................................................................ 20 自动控制原理课程设计 5

1、题目要求与分析 1.1题目要求 （1）、对于高精度五轴仿真转台方位系统，已知其固有传递函数为

)18.5325.26491(87.95)()(2ssssIsQ

（2）、性能指标要求： a. 最大角速度s/500；

b. 最大角加速度s/3500； c. 动态误差小于5角秒； d. 剪切频率高于50 1/s； e. 相角裕度大于45度 1.2 题目分析 根据题目所给原系统传递函数如下：

)18.5325.26491(87.95)()(2ssssIsQ

可画出原控制系统的方框图如下 自动控制原理课程设计 6

令)(sG1)18.5325.26491(87.95)()(2ssssIsQ 可求得sradc/190

代入G(s)得0

225)(cjG

045

校正前的Bode图如附录一所示。 可知剪切频率 190 1/s远远小于设计要求，相角裕度-45度远远小于设计要求，故原系统不满足要求的指标。 2、人工设计 2.1 校正方法的选择 为增大带宽可以先增大开环放大倍数，且增大开环放大倍数可以减小动态误差，取增加的开环放大倍数为100.

得到控制系统的开环传递函数为

)18.5325.26491(9587)()(2ssssIsQ

画出当前系统的BODE图