第六章控制系统的工程设计方法.doc

自动控制系统的工程设计方法 1.设计自动控制系统的一般过程是什么？ 答：（1）根据系统的结构和参数，确定系统固有部分的数学模型。 （2）对系统固有部分的方框图进行近似处理与简化，并在此基础上，求得系统固有部分的频率特性。 （3）根据实际系统的使用要求，确定系统的稳态和动态性能指标；再根据性能指标的要求，确定系统的预期频率特性。 （4）将系统固有部分的频率特性和预期频率特性进行比较，确定校正装置的结构与参数。 （5）通过实验或现场调试对系统的某些部分的结构和参数进行修正，以满足性能指标的要求。 2.系统工程设计方法的基本思路是什么？ 答：根据系统固有部分的数学模型与预期典型数学模型对照，选择校正装置的结构和部分参数，配合固有部分的数学模型，使系统成为预期的典型系统；然后，再进一步选择校正装置的参数，以满足动态性能指标要求。同时，由固有部分的对数频率特性获知原系统的频域性能指标，由校正后系统的对数频率特性得到相应的频域性能指标，并据此来判断设计是否满足要求。 3.设开环传递函数 单位斜坡输入R(t)= t，输入产生稳态误差e ( 0.0625。若使校正后相位裕度(*不低于45(，截止频率(c* 2(rad/s)，试设计校正系统。 解 令L(()=0 ，可得 (c = 4 不满足性能要求，需加以校正。 系统中频段以斜率(40dB/dec穿越0dB线，故选用超前网络校正。 设超前网络相角为(m，则 中频段 所以 验算 = 48( 45( 所以超前校正网络后开环传递函数为 4.为满足要求的稳态性能指标，一单位反馈伺服系统的开环传递函数为 试设计一个无源校正网络，使已校正系统的相位裕度不小于45(，截止频率不低50。 解 (c = 44.7 ( = 180( ( 90( ( arctan(0.1(c) = 12.6( ( * 不满足性能指标要求，需串联一超前校正网络。 （1）求： （2）求(： （3）解(c(： (c(= 67 验算 = 50.8 ( 45 ( ( ( ( * (c( (c* 故校正网络 5.设单位反馈系统的开环传递函数 试设计串联校正装置，满足kv = 8(rad/s)，相位裕度( * = 40(。 解 kv = 8 ν=1 k = 8 令L(()=0 ，可得 (c = 2.8 ( = 180( ( 90( ( arctan(c ( arctan(0.2(c) = (9.5( 40( 不满足性能要求，需加以校正。 选用迟后网络校正。 令 得 所以 (c(= 0.72 根据 得b = 0.09 再由 得 T = 154.3 故选用的串联迟后校正网络为 验算 = 40.9( ( 40( 6.设单位反馈系统的开环传递函数 试设计一串联校正装置，使校正后开环增益等于5，相位裕度( * (40(，幅值裕度h* (10(dB)。 解 选k = 5 对于校正前的系统 令L(()=0 ，可得 (c = 2.9 ( = 180( ( 90( ( arctan(c ( arctan(0.5(c) = (36.5(( ( * 不满足性能要求，选用迟后校正网络加以校正。 令 得 所以 根据得b = 0.112，再由 得 T = 159.4 故选用的串联迟后校正网络为 验算 = 40.02( ( 40( 统满足h* =10dB时所对应的频率为(1 = 1.33，则 (((1)= (178.8( ( (180( 满足幅值裕度条件，所以