自动控制原理红外目标背景仿真装置中定向镜俯仰系统的.docx

课程设计说明书（论文）课程名称：自动控制原理设计题目：显示臂小车垂直伺服控制系统设计与仿真院系：航天学院班级：设计者：学号：指导教师：设计时间：自动控制原理课程设计书设计题目：控制系统的设计与仿真（A-2）1．已知控制系统直流电机主要参数如下：（红外目标背景仿真系统中定向镜系统中的俯仰系统）电机转动惯量负载转动惯量电机转矩灵敏度电磁时间常数电机电枢电阻2．性能指标（1）开环放大倍数（2）剪切频率（3）相位裕度（4）谐振峰值（5）超调量20% （6）过渡过程时间0.2s（7）角速度（8）角加速度（9）稳态误差3．设计要求和步骤（1）设计系统，满足性能指标。（2）人工设计。绘制系统校正前后以及校正装置bode图，并确定校正装置的传递函数。验算校正系统是否满足指标要求。（3）计算机辅助设计利用matlab语言对系统进行辅助设计、仿真、调试。（4）确定校正装置的电路形式、参数。（5）撰写设计报告。具体包括以下几个方面：1）设计任务书2）设计过程人工设计包括计算数据、系统校正前后以及校正装置bode图、校正装置传递函数、性能指标验算数据。计算机辅助设计包括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。哈尔滨工业大学课程设计任务书姓名：皮永江院（系）：航天学院专业：自动化班号：任务起至日期：2014.02.17~2014.03.20课程设计题目：红外目标背景仿真装置中定向镜俯仰系统编号：A-2已知技术参数和设计要求：1．已知控制系统直流电机主要参数如下：（1）电机转动惯量（2）负载转动惯量（3）电机转矩灵敏度（4）电磁时间常数（5）电机电枢电阻2．性能指标A（1）开环放大倍数（2）剪切频率（3）相位裕度（4）谐振峰值（5）超调量20% （6）过渡过程时间0.2s（7）角速度（8）角加速度（9）稳态误差工作量：(1)根据电机参数建立传递函数模型；(2)人工设计利用半对数坐标值手工绘制系统校正前后及校正装置的Bode图，并确定出校正的装置传递函数；(3)计算机辅助设计用MATLAB进行仿真调试。确定校正装置的电路形式及参数，撰写实验报告。工作计划安排：1、根据所给动态参数参数确定静态参数，求出传递函数，求出相应指标，确定矫正方法。 2、逐步校正，最终达到设计要求。3、设计电路图。4、撰写实验报告。同组设计者及分工：无指导教师签字___________________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红外目标背景仿真装置中定向镜俯仰系统的设计与仿真编号：A-21．系统的人工设计1.1电机系统模型的建立及仿真对于直流电机的简化模型有如下动态关系式：表格1直流电机动态关系式表假设系统的阻力矩为0，则直流电机的传递函数为：综上所述，电机系统控制模型为：电机系统传递函数的bode图如下：由电机系统的bode图可以知道，系统的剪切频率，那么相角裕度1.2.系统性能指标性能指标A给定的技术参数如下：超调量：过渡过程时间：角速度：角加速度：稳态误差：经过分析显示红外目标背景仿真装置中定向镜俯仰系统为高阶系统，所以对于参数的计算采用高阶系统进行运算。初步的想法是通过规定的静态指标超调量和过渡过程时间，将系统要求的剪切频率以及相位裕度计算出来：采用高阶系统运算的经验公式。经验公式一：经验公式二：由经验公式一得到：相位裕度：将相位裕度带入经验公式二得到：剪切频率：1.3.期望频率法校正函数A：B：C：假设开环增益为1000；确定低频转折频率D：假设高频转折频率那么得到校正之后的函数：那么得到校正之后的函数bode图如下图：1.4.校正环节传递函数的设计系统的原函数：校正之后的函数：第一步：PD反馈校正参数计算：设反馈校正部分为第二部：串联校正Bode():系统函数校正前后bode图：1.5.前馈环节的设计在任务书中给出了相应的计算指标，从给出的指标可以判断输入信号为正弦信号。其指标需满足要求：角速度：角加速度：稳态误差：通过前两个指标角速度与角加速度可以很容易的得出：输入信号的幅值与角频率的数值。据公式：，经过计算得出：输入信号幅值=0.665rad，角速度ω=4.0rad/s所以，不难得出输入信号为：没有加入前馈环节时系统稳态误差如下图所示：由图像可以得到，系统的稳态误差，所以不满足要求。根据稳态误差的定义有如下公式：恒定加入前馈环节时系统稳态误差如下图所示：由图像可以得到，系统的稳态误差，满足要求。2.计算机仿真2.1.matlab建模建模程序：sys_0=tf([22],[0.023,0.4423,1,0])；gc_1=tf([1/15.9,1],[0.