自动控制原理课程设计题目:机器人抓取装置位置控制系统校正装置设计
专业：电气工程及其自动化
姓名：
班级：学号：
指导老师：职称:
郑州航空工业管理学院
机电工程学院
2011年12月
初始条件：
一个机器人抓取装置的位置控制系统为一单位负反馈控制系统，其传
递函数为G。s = 3，设计一个滞后校正装置，使系统的相
s(s+1 (0.5S + 1 )
角裕度吋-45。
设计内容：
1先手绘系统校正前的bode图，然后再用MATLAB做出校正前系统的bode图，根据MATLAB做出的bode图求出系统的相角裕量。
2.求出校正装置的传递函数
3.用MATLAB做出校正后的系统的bode图，并求出系统的相角裕量。4在matlab下，用simulink进行动态仿真，在计算机上对人工设计系统进行仿真调试，确使满足技术要求。
5对系统的稳定性及校正后的性能说明6.心得体会。
1频率法的串联滞后校正特性及方法
1.1特性：当一个系统的动态特性是满足要求的，为改善稳态性能，而又不影响其动态响应时，可采用此方法。具体就是增加一对靠的很近并且靠近坐标原点的零、极点，使系统的开环放大倍数提高
［倍，
而不影响开环对数频率特性的中、高频段特性。
1.2该方法的步骤主要有：
1绘制出未校正系统的bode图，求出相角裕量°，幅值裕量久g。
2在bode图上求出未校正系统的相角裕量二期望」处的频率
‘2,'2作为校正后系统的剪切频率，；用来补偿滞后校正网络,2处的相角滞后，通常取；=5〜15。
3令未校正系统在^2的幅值为20lgi，由此确定滞后网络的［值。
4为保证滞后校正网络对系统在-c2处的相频特性基本不受影响，可按丄
二二〜上求得第二个转折频率。
T 2 10
5校正装置的传递函数为Gc s = - S 1
削s +1
6画出校正后系统的bode图，并校验性能指标
2确定未校正前系统的相角裕度
2.1先绘制系统的bode图如下：
2.2再用MATLAB程序绘制校正前系统的bode图，并由MATLAB计算系统校正前的相角裕度，程序如下。
num二[0,3];
den 二c on v([1,0],c on v([1,1],[0.5,1]));
bode=(nu m,de n)
由MATLAB绘制出的系统校正前的bode图如图1所示。
Rb tdit Fiaw jriiNi Too lx Dw^clap 诩ndar H»lp0□b靛殳吧毎硬□ ED ■ □
图1.校正前系统的bode图
由图可知:c=1.41rad/s
根据公式：：、c二-90°-arctan⑷ c -arctan0.5%
= 180 c
<■' =0.16
3设计串联滞后校正
3.1确定校正装置的传递函数取；=5时，=50由图1可知：,2=0.49
由题设的传递函数可知：一---------- 3 ------------
■2 10.25 2 1 根据公式：20lg「匕
=20lg1可得出一：=6.12
取'2丄話时，可得出.^40
根据以上数据可求得校正装置的传递函数为：G C S 二20.4s 1
124.85s+1
3.2用MATLAB对加入校正网络后的系统开环传递函数进行验证
由理论计算所得的滞后校正传递函数Q(s)可以确定校正后的系
统开环传递函数G( s)。
3(20.4s+1 )
G(s ) = G0 (s r G c (s )=
s s 1 0.5s 1 124.85s 1
应用MATLAB对加入滞后校正网络后的传递函数进行验证，程序如下。num二co nv([0,3],[20.4,1]);
den二 co nv(co nv[1,0],([1,1],co nv([0.5,1],[124.85,1])));
bode二(nu m,de n)
由MATLAB绘制出的系统校正后的bode图如图2所示
图2.校正后的bode 图
根据：）= -90 4 — arctan 豹一arctan0.5⑷-arctan124.8宙 + arctan2O.4o
=180
:广］
可求出:
4. 误差允许的范围内，在 matlab 下进行动态仿真 下图是链接好的程序块:
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$FM*1T|P | Fnt9MC> CradMcr naaa "fam -131
Riexb |im> 图4校正后的simulink仿真图
由以上两图比较可知，未校正前，系统处于临界稳定状态，校正后，系统保持稳定，且在误差允许的范围内达到设计要求。
5.对系统的性能的分析说明
通过未校正前和校正后的bode图，我们可以看出，在系统的稳
定性提高的同时，相角裕度也得到了应有的提高、由原来的0.16提高
