HarbinInstituteofTechnology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88.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45°≤γ≤55°，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1s2(s10)Gc(s)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：G0(jω)=1s2(s+10)2)未校正系统的幅频特性曲线图如下：10-210-1100101102-80-60-40-200204060由图中可以得出:ωc=√K=0.316rad/s对应的相位裕度为:γ(ωc)=180°−180°−arctan(ωc10)=−1.81°3)超前校正提供∅(m)=50°4)a−1a+1=sin50°解得a=7.55)−10lga=−8.75dB,得到ωm=¿0.523rad/s6)1T=√aωm=¿1.43rad/s1aT=¿0.19rad/s7)GC(s)=1+5.3s1+0.7s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,[11000]);gc=tf([5.31],[0.71]);ge=tf([5.31],conv([0.71],[11000]));bode(g,gc,ge);gridlegend('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=18.3027r=47.0334wg=3.4822wc=0.5273满足题目要求。Simulink仿真：plot(ScopeData(:,1),ScopeData(:,2))-200-1000100Magnitude(dB)10-210-1100101102103-270-180-90090Phase(deg)uncompensatedcompensatorcompensatedBodeDiagramFrequency(rad/s)title('StepResponse');xlabel('t/s')ylabel('y')由图可以得出：tp=¿5.49sts=13.1sσp=30.7%三、矫正装置电路图05101520253035404550t/s00.20.40.60.811.21.4yStepResponseU1R0100kC11.9uFR1100kC214.9uFR2100kUoUi四、设计结论根据题目要求，设计了GC(s)=1+5.3s1+0.7s对原系统进行矫正，矫正后的相位裕度为47°满足了45°≤γ≤55°的要求。校正后由系统阶跃响应求出tp=¿5.49sts=13.1sσp=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。
