机器人抓取装置位置控制系统校正装置设计

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，设计一个滞后校正装置，使系统的相角裕度。

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：

绘制出未校正系统的bode图，求出相角裕量，幅值裕量。

在bode图上求出未校正系统的相角裕量处的频率,作为校正后系统的剪切频率，用来补偿滞后校正网络处的相角滞后，通常取。

令未校正系统在的幅值为，由此确定滞后网络的值。

为保证滞后校正网络对系统在处的相频特性基本不受影响，可按求得第二个转折频率。

校正装置的传递函数为

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=[0,3];

den=conv([1,0],conv([1,1],[0.5,1]));

bode=(num,den)

由MATLAB绘制出的系统校正前的bode图如图1所示。

                图1.校正前系统的bode图

由图可知：

根据公式：

3设计串联滞后校正

3.1确定校正装置的传递函数

取时，由图1可知：

由题设的传递函数可知：

根据公式：可得出

取时，可得出

根据以上数据可求得校正装置的传递函数为：

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可以确定校正后的系统开环传递函数G（s）。

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=conv([0,3],[20.4,1]);

den=conv(conv[1,0],([1,1],conv([0.5,1],[124.85,1])));

bode=(num,den)

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：

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：

图3校正前的simulink仿真图

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提高到45.36。总体来说，在确保系统稳定性的前提下、系统的总体性能得到了提高。

6.心得体会

通过这次对控制系统的滞后校正的设计与分析，让我对串联滞后校正环节有了更清晰的认识，加深了对课本知识的进一步理解，也让我更进一步熟悉了相关的MATLAB软件的基本编程方法和使用方法。

在这次课程设计的过程中，从整体思路的构建到具体每一步的实现，过程并不是一帆风顺的，通过复习课本知识以及查阅有关资料确定了整体思路，通过自己在稿纸上演算确定校正网络参数，然后运用MATLAB软件编程验证，作图。在word编辑以及MATLAB软件遇到了一系列问题，通过上网查询或者请教同学都得到了解决，因而设计的过程中也提高了我的软件使用能力

体会到了学习自动控制原理，不仅要掌握书本上的内容，还要灵活思考，善于变换，在提出问题、分析问题、解决问题的过程中提高自己分析和解决实际问题的能力。要把理论知识与实践相结合起来，从而提高自己的实际动手能力和思考的能力。