雷達(dá)天線-自控原理課程設(shè)計(jì)

1、哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書（論文）目錄1設(shè)計(jì)過程21.1人工設(shè)計(jì)21.1.1計(jì)算數(shù)據(jù)21.1.2系統(tǒng)校正前后及校正裝置的Bode圖61.2計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)61.2.1Simulink 仿真框圖61.2.2Bode圖81.2.3階躍響應(yīng)曲線101.2.4穩(wěn)態(tài)誤差曲線112校正裝置電路圖123設(shè)計(jì)結(jié)論124心得體會131 設(shè)計(jì)過程1.1 人工設(shè)計(jì)1.1.1 計(jì)算數(shù)據(jù)圖1 直流電動機(jī)方框圖（a）校正前傳遞函數(shù)圖1為直流電動機(jī)的方框圖，其中Kt為電機(jī)轉(zhuǎn)矩靈敏度，Ke為反電勢系數(shù)，Ra為電機(jī)電樞電阻，La為電機(jī)電樞電感。將設(shè)計(jì)任務(wù)書相關(guān)參數(shù)帶入框圖中得到傳遞函數(shù)表達(dá)式為：G1S=0.71430.0093

2、6S2+2.054S+0.514化簡后得到：G1S=76.31S2+219.4S+54.91將開環(huán)傳遞函數(shù)寫成典型環(huán)節(jié)形式G1(S)=1.393.99S+10.0045S+1可見，該直流電機(jī)的傳遞函數(shù)為兩慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)而成。計(jì)算轉(zhuǎn)折頻率，將各轉(zhuǎn)折頻率由小到大排列。1=13.99=42=10.0045=222.2對數(shù)幅頻特性最低頻段（或其延長線）是通過點(diǎn)（=1,L=20lg(K)）,斜率為(v-20dB/dec)的直線，其中，v是串聯(lián)積分環(huán)節(jié)的數(shù)目。所以，該直流電機(jī)對數(shù)幅頻特性曲線經(jīng)過點(diǎn)（=1,L=20lg1.39=2.86）轉(zhuǎn)折點(diǎn)（0.25,2.8584）（222.2，-55.9810）。繪制b

3、ode 圖?，F(xiàn)在計(jì)算該傳遞函數(shù)的剪切頻率及相角裕度：令G(jc)H(jc)=1解得c=0.242rad/s。將c值代入上式求得相角Gj=1.39(3.99j+1)(0.0045j+1)Gjc=-arctan3.99c-arctan0.0045c=-44得相角裕度為=180+Gjc=146這與指標(biāo)a要求的相差甚遠(yuǎn)。（b）校正環(huán)節(jié)現(xiàn)加入一放大環(huán)節(jié)G2=750，調(diào)整放大系數(shù)K，使K=10411000，滿足a中指標(biāo)。（c）校正后傳遞函數(shù)經(jīng)過放大環(huán)節(jié)調(diào)整后，傳遞函數(shù)變?yōu)椋篏S=535.7250.00936S2+2.054S+0.514化簡后得到：G1S=57232.5S2+219.4S+54.91將開環(huán)

4、傳遞函數(shù)寫成典型環(huán)節(jié)形式：G1(S)=1042.53.99S+10.0045S+1該直流電機(jī)對數(shù)幅頻特性曲線經(jīng)過點(diǎn)（=1,L=20lg1042.5=60.36）轉(zhuǎn)折點(diǎn)（0.25,60.3596）（222.2，1.5202）。繪制bode 圖。驗(yàn)算現(xiàn)在計(jì)算該傳遞函數(shù)的剪切頻率及相角裕度：令G(jc)H(jc)=1解得c=195rad/s70rad/s。將c值代入上式求得相角Gj=1042.5(3.99j+1)(0.0045j+1)Gjc=-arctan3.99c-arctan0.0045c=-131.6得相角裕度:=180+Gjc=48.445從而達(dá)到了性能指標(biāo)A的要求。（c）前饋環(huán)節(jié)穩(wěn)定性首先

5、計(jì)算系統(tǒng)的穩(wěn)定性系統(tǒng)的特征方程為：DS=S2+219.4S+57287=0列出相應(yīng)勞倫斯列表S2157287S1219,.40S057287第一列未變號，說明系統(tǒng)穩(wěn)定前饋環(huán)節(jié)在性能指標(biāo)b 中，當(dāng)輸入信號為40sin(5)時，穩(wěn)態(tài)誤差ess20 。對于以上經(jīng)過放大環(huán)節(jié)矯正的傳遞函數(shù)，現(xiàn)在驗(yàn)證其是否滿足性能指標(biāo)B的要求。由：Gj=1042.5(3.99j+1)(0.0045j+1)得到，該系統(tǒng)的輸入-偏差閉環(huán)傳遞函數(shù)是 e=11+G(S)所以，Gj=(3.99j+1)(0.0045j+1)3.99j+10.0045j+1+1042.5將=5帶入，解得e(j)=0.0194=1.16420下面進(jìn)行s

6、imulink 仿真。仿真框圖如下圖2仿真框圖仿真結(jié)果如下圖3仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn)即使理論計(jì)算符合誤差要求，但仿真結(jié)果卻不符合性能指標(biāo)B的要求。所以，需對原系統(tǒng)引入前饋控制環(huán)節(jié)Gb(s)。圖4系統(tǒng)校正后的方框圖由公式e(s)=1-G2(s)Gb(s)1+G1(s)G2(s)得es=S2+219.4S+54.91-Gb(s)76.31S2+219.4S+57287.41可以看出，若使上式中分子的S0項(xiàng)和S1項(xiàng)的系數(shù)均為零，分子中即可出現(xiàn)S2因子，系統(tǒng)即成為2階無靜差，成為型。取Gbs=2.9S+0.72驗(yàn)算原系統(tǒng)輸入-誤差傳遞函數(shù)為es=S2S2+219.4S+57287.41則ej=(j)2(j)2+

7、219.4j+57287.41將=5代入，得e(j)=4.410-4=0.0264201.1.2 系統(tǒng)校正前后及校正裝置的Bode圖圖5系統(tǒng)校正前后及校正裝置的Bode圖1.2 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)1.2.1 Simulink 仿真框圖(a) 未加入放大環(huán)節(jié)仿真框圖圖6 未加入放大環(huán)節(jié)仿真框圖（b）引入放大環(huán)節(jié)仿真框圖圖7引入放大環(huán)節(jié)仿真框圖（c）未引入前饋控制誤差仿真框圖圖8未引入前饋控制誤差仿真框圖（d）引入前饋控制誤差仿真框圖圖9引入前饋控制誤差仿真框圖1.2.2 Bode圖(a) 校正前bode圖圖10 校正前bode圖(b) 校正環(huán)節(jié)bode圖圖11 矯正環(huán)節(jié)bode圖(c) 校正后bod

8、e圖圖12 校正后bode圖由仿真結(jié)果知，校正后系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)剪切頻率為195rad/sec ，相角裕度為48.4deg ，符合設(shè)計(jì)要求。1.2.3 階躍響應(yīng)曲線（a） 校正前階躍響應(yīng)曲線圖13校正前階躍響應(yīng)曲線（b） 校正后階躍響應(yīng)曲線圖14校正后階躍響應(yīng)曲線1.2.4 穩(wěn)態(tài)誤差曲線（a） 加入前饋環(huán)節(jié)前系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差曲線圖15加入前饋環(huán)節(jié)前系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差曲線（b） 加入前饋環(huán)節(jié)后系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差曲線圖16加入前饋環(huán)節(jié)后系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差曲線由仿真結(jié)果知，穩(wěn)態(tài)誤差小于20角分，即0.33,符合設(shè)計(jì)要求。2 校正裝置電路圖（a） 放大環(huán)節(jié)放大環(huán)節(jié)選用運(yùn)算放大器，放大倍數(shù)為750倍。有運(yùn)算放大器的相關(guān)知識，

9、放大倍數(shù)k=-R1R2，所以取R1=750,R2=1。同時應(yīng)用兩個運(yùn)算放大器串聯(lián)，第二個運(yùn)算放大器放大倍數(shù)為-1，使經(jīng)過放大環(huán)節(jié)的輸出信號與輸入信號同號。圖17 放大環(huán)節(jié)電路圖3 設(shè)計(jì)結(jié)論計(jì)算穩(wěn)態(tài)誤差的共同前提條件是系統(tǒng)必須穩(wěn)定，計(jì)算穩(wěn)態(tài)誤差之前必須先確定系統(tǒng)的穩(wěn)定性。增大開環(huán)放大倍數(shù)可以有效地減小穩(wěn)態(tài)誤差，但是增大系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)，只能減小某種輸入信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差，不能改變穩(wěn)態(tài)誤差的性質(zhì)，但是增大開環(huán)放大倍數(shù)K可以減緩穩(wěn)態(tài)誤差趨于無窮的變化速度。同時，增大系統(tǒng)開環(huán)倍數(shù)以減小穩(wěn)態(tài)誤差必須保證系統(tǒng)穩(wěn)定。順饋控制又稱前饋控制，是把系統(tǒng)的外部作用信號（輸入信號或干擾信號）通過另外一條支路引入控制系統(tǒng)，利用補(bǔ)償原理來減小或消除系統(tǒng)誤差，包括穩(wěn)態(tài)誤差。順饋控制是由順饋通道給控制系統(tǒng)引入另外一個輸入信號，所以采用順饋控制原閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，這是順饋控制非常重要的一點(diǎn)。但是，缺點(diǎn)是要用到輸入信號和干擾信號的微分或高階微分，在工程實(shí)踐中有時是難以實(shí)現(xiàn)的。4 心得體會在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，我對自動控制原理這門課有了更加深入的認(rèn)識。設(shè)計(jì)實(shí)際系統(tǒng)不同于做書上的課后題，沒有標(biāo)準(zhǔn)答案，在能達(dá)到指標(biāo)的基礎(chǔ)上還要考慮方案的可行性、合理性和經(jīng)濟(jì)性等等。通過這次課程設(shè)計(jì)，我不僅對MATLA