㈠ 电气工程及其自动化的自动控制原理的课程设计紧急求助！！！
这种课程设计，用matlab，最多1小时搞定，自己做吧。
要是有不清楚的问问还行，谁没事做这么多
㈡ 常用的电气校正装置
控制工程中用得最广的是电气校正装置，它不但可应用于电的控制系统， 而且通过将非电量信号转换成电量信号，还可应用于非电的控制系统。控制系统 的设计问题常常可以归结为设计适当类型和适当参数值的校正装置。校正装置可 以补偿系统不可变动部分（由控制对象、执行机构和量测部件组成的部分）在特 性上的缺陷，使校正后的控制系统能满足事先要求的性能指标。常用的性能指标 形式可以是时间域的指标，如上升时间、超调量、过渡过程时间等（见过渡过程）， 也可以是频率域的指标，如相角裕量、增益裕量（见相对稳定性）、谐振峰值、 带宽（见频率响应）等。 常用的串联校正装置有超前校正、滞后校正、滞后-超前校正三种类型。 在许多情况下,它们都是由电阻、电容按不同方式连接成的一些四端网络。各类 校正装置的特性可用它们的传递函数来表示，此外也常采用频率响应的波德图来 表示。不同类型的校正装置对信号产生不同的校正作用，以满足不同要求的控制 系统在改善特性上的需要。在工业控制系统如温度控制系统、流量控制系统中， 串联校正装置采用有源网络的形式，并且制成通用性的调节器，称为PID（比例 -积分-微分）调节器，它的校正作用与滞后-超前校正装置类同。 自动控制原理课程设计 第一章 课程设计的目的及题目 -2- 一、课程设计的目的及题目 1.1 课程设计的目的 1）掌握自动控制原理的时域分析法，根轨迹法，频域分析法，以及各种补 偿（校正）装置的作用及用法，能够利用不同的分析法对给定系统进行性能分 析，能根据不同的系统性能指标要求进行合理的系统设计，并调试满足系统的 指标。 2）学会使用MATLAB 语言及Simulink 动态仿真工具进行系统仿真与调试。 1.2 课程设计的题目 已知单位负反馈系统的开环传递函数 0 K ( ) ( 1 0 ) ( 6 0 ) G S S S S ，试用频率法 设计串联超前——滞后校正装置，使（1）输入速度为 1 r ad s 时，稳态误差不大 于 1 126 rad 。(2)相位裕度 0 3 0 ，截止频率为 20 rad s 。（3）放大器的增益不 变。 自动控制原理课程设计 第二章 课程设计的任务及要求 -3- 二、课程设计的任务及要求 2.1 课程设计的任务 设计报告中，根据给定的性能指标选择合适的校正方式对原系统进行校正 （须写清楚校正过程），使其满足工作要求。然后利用MATLAB 对未校正系统和 校正后系统的性能进行比较分析，针对每一问题分析时应写出程序，输出结果图 和结论。最后还应写出心得体会与参考文献等。 2.2 课程设计的要求 1）首先，根据给定的性能指标选择合适的校正方式对原系统进行校正，使 其满足工作要求。要求程序执行的结果中有校正装置传递函数和校正后系统开环 传递函数，校正装置的参数T， 等的值。 2）利用MATLAB 函数求出校正前与校正后系统的特征根，并判断其系统是 否稳定，为什么? 3）利用MATLAB 作出系统校正前与校正后的单位脉冲响应曲线，单位阶跃 响应曲线，单位斜坡响应曲线，分析这三种曲线的关系。求出系统校正前与校正 后的动态性能指标σ%、tr、tp、ts 以及稳态误差的值，并分析其有何变化。 4）绘制系统校正前与校正后的根轨迹图，并求其分离点、汇合点及与虚轴 交点的坐标和相应点的增益 K 值，得出系统稳定时增益 K 的变化范围。绘制系 统校正前与校正后的Nyquist 图，判断系统的稳定性，并说明理由。 5）绘制系统校正前与校正后的Bode 图，计算系统的幅值裕量，相位裕量， 幅值穿越频率和相位穿越频率。判断系统的稳定性，并说明理由。 自动控制原理课程设计
㈢ 自动控制原理与系统专业课
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学习目标
了解根轨迹的概念、意义；重点掌握绘制常规负反馈系统根轨迹的基本条件和基本规则；掌握参量根轨迹的绘制和正反馈根轨迹的绘制；了解多回路控制系统的根轨迹和迟后系统根轨迹；掌握增加开环零极点对根轨迹的影响；了解利用根轨迹分析系统的暂态响应。 教学内容
【知识点】 根轨迹的基本概念，绘制根轨迹的基本条件和基本规则，广义根轨迹，利用根轨迹分析系统的性能，用MATLAB绘制系统的根轨迹 【技能点】
绘制根轨迹。
教学方法 演示法 讲授法 多媒体法
教学条件 ppt课件 任务单 工作单 补充资料 视频文件 考核评价 理论知识掌握情况 任务完成情况 团队合作能力 工作态度
学生自评 小组成员互评 教师评价 学生的知识和能
力要求 具有综合应用所学知识的能力 具有自主学习的能力
教师的知识和能
力要求
具备一定的设计控制系统的能力 具备较丰富的控制知识
学习情境5
线性系统的频域分析
教学时间
4学时
学习目标
掌握频率特性的基本概念，幅相频率特性图与对数频率特性图的建立；熟悉典型环节的频率特性及其Nyquist图与Bode图；掌握系统开环频率特性（Nyquist图和Bode图）的绘制；了解最小相位系统的概念；重点掌握利用实测开环幅频特性确定最小相位系统的开环传递函数的方法；重点掌握判断系统稳定性的几何判据：乃奎斯特稳定判据（包括利用幅相频率特性曲线和对数频率特性曲线进行判断）；熟悉控制系统相角裕度、幅值裕度的基本定义和概念及计算方法；一般了解闭环幅频特性（等M圆）的求解方法，掌握频域性能指标及频域指标与时域指标的关系。
教学内容
【知识点】 频率特性，典型环节的频率特性，系统开环频率特性的绘制，乃奎斯特定判据和系统的相对稳定性，系统的频率特性及频域性能指标，频率特性的实验确实方法，用MATLAB进行系统的频域分析 【技能点】
系统频率特性的绘制。
教学方法 演示法 讲授法 多媒体法
教学条件
ppt课件 任务单 工作单 补充资料 视频文件
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考核评价
理论知识掌握情况 任务完成情况 团队合作能力 工作态度
学生自评 小组成员互评 教师评价
学生的知识和能
力要求 具有综合应用所学知识的能力 具有自主学习的能力
教师的知识和能
力要求
具备一定的设计控制系统的能力 具备较丰富的控制知识
学习情境6
系统的分析与校正
教学时间
8学时
学习目标
了解控制系统校正的概念、校正的实质、校正的方法、校正方式；熟悉串联相位超前校正、相位滞后校正、相位滞后-超前校正装置及特性；重点掌握利用频率特性法确定串联校正装置参数的方法；简单了解反馈校正、前馈校正及复合控制。 教学内容
【知识点】 线性系统的校正，线性系统校正的概念，线性系统的基本控制规律，常用校正装置及其特性，校正装置设计的方法和依据，串联校正的设计，MATLAB在线性系统校正中的应用。
【技能点】
校正的设计
教学方法 演示法 讲授法 多媒体法
教学条件
ppt课件 任务单 工作单 补充资料 视频文件 考核评价
理论知识掌握情况 任务完成情况 团队合作能力 工作态度
学生自评 小组成员互评 教师评价
学生的知识和能
力要求 具有综合应用所学知识的能力 具有自主学习的能力
教师的知识和能
力要求
具备一定的设计控制系统的能力 具备较丰富的控制知识
三、课程实施建议
（一）教学方法
1.教学内容组织方式与目的
1）由于《自动控制系统与应用》课的理论性和抽象性都很强，具有一定的深度和复杂性，我们对各章的基本内容都进行了深入剖
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析，找出其关键内容、重点和难点，并在此基础之上制定了比较完善的教学大纲，将教学内容分为了解、掌握、熟练运用等几个层次。 主要内容：控制系统的数学模型、线性系统的时域分析法、线性系统的轨迹法、线性系统的频域分析法、线性系统的校正方法、线性离散系统的分析与校正、非线性控制系统分析。
2）在课堂上，采用了多媒体教学手段，采用“启发式”教学方法，由浅入深地讲解有关概念、定义和分析方法，积极引导学生主动思考问题；因材施教，根据不同层次的学生适当调整讲课内容和深度；同时还注意将自动化领域最新进展适时地介绍给学生等等。并要求学生课前预习，带着问题来听课；课后要在阅读大量参考书和做一些概念性强的习题的前提下，领会本课程的要点，以利于消化课程内容。教师在教学计划与大纲指导下，进行教学过程, 根据学生的课堂表现、考试成绩、问卷调查,教师及时调整讲课内容和方法。 3）在授课过程当中，我们随时布置一定量的课后作业题，使学生巩固对课堂上所学知识的理解和掌握，并且对学生也有一定的约束力和督促作用。教师对作业进行定期检查，以便了解学生对已学内容的理解和掌握情况，并依此及时纠正学生在对基本概念和方法理解上的偏差、调整课堂教学的进度。我们在授课过程当中还采用了课堂练习的方式，即先进行阶段性随堂测验，然后再集体答疑，集中解决具有共性的问题，收到了良好的效果。。
（二）教学条件 1.标准与规范 1、编制学期授课计划规范
学期授课计划是任课教师进行教学工作的依据，是教学的基本文件之一，必须认真编制。 2、备课规范
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备好课是提高教学质量，上好课的一个关键。任课教师在深刻领会大纲的基础上，认真备好内容、备教材、备教法、备学生、不上无准备的课。 3、课堂教学规范
课堂教学是教学的基本形式，讲好课是提高教学质量的中心环节。任课教师在备好课的基础上遵循教学规律和原则，运用科学的教学方法和手段，上好每一堂课。 4、作业、练习规范
作业是学生进一步理解和巩固知识，熟练运用知识和重要环节。任课老师要十分重视对学生作业的布置、指导、检查和批改。 5、教学辅导工作规范
教学辅导工作是对学生因材施教，解决学生课堂学习存在的疑难问题的重要教学活动，教师应主动认真地做好这一工作。 6、实践教学规范
实践教学是学好这门课程的关键部分，老师在学生实习前一定要给学生讲清楚安全以及维护风机时的操作规程。
2.教学设施
自动控制实训室、多媒体教室。。 3.实训条件
（1）自动控制实训中心 （2）校外企业 （三）课程考评方法
1. 作业布置8-10次，以习题为主，其平均成绩记为平时成绩，
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占总成绩的20%-40%
2. 本课程考核以笔试方式进行，考核成绩占总成绩的80%-60% 3. 课程总成绩 = 平时成绩+考核成绩
四、参考文献
1．《现代控制工程》 绪方胜彦著（卢伯英 佟明安 罗维铭 译） 科学出版社
2．《自动控制原理与系统》上、下册 清华大学吴麒等 国防工业出版社
3.《自动控制原理》 孙德宝 主编 化学工业出版社 4．《自动控制原理》 天津大学 李光泉 主编 机械工业出版社
5．《自动控制理论》 侯夔龙 主编 西安交通大学出版社
㈣ 一型三阶系统的典型分析与综合分析
同是一路人啊，到geogle上搜搜吧。 \r\n《Visual C++数字图像识别技术典型案例》，估计你也是武大09syb的吧，借这本书就能查到了，书上的内容都是的。
㈤ 机械控制工程基础 什么叫系统校正，主要有哪些方法
常用的基本方法有根轨迹法和频率响应法两种。 ① 轨迹法设计校正装置 当性能指标以时间域量值（超调量、上升时间、过渡过程时间等）给出时，采用根轨迹法进行设计一般较为有效。设计时，先根据性能指标，在s的复数平面上,确定出闭环主导极点对的位置。随后，画出未加校正时系统的根轨迹图，用它来确定只调整系统增益值能否产生闭环主导极点对。如果这样做达不到目的，就需要引入适当的校正装置。校正装置的类型和参数，根据根轨迹在闭环主导极点对附近的形态进行选取和计算确定。一旦校正装置决定后，就可画出校正后系统的根轨迹图，以确定除主导极点对以外的其他闭环极点。当其他闭环极点对系统过渡过程性能只产生很小影响时，可认为设计已完成，否则还须修正设计。 ② 用频率响应法设计校正装置 在采用频率响应法进行设计时,常选择频率域的性能如相角裕量、增益裕量、带宽等作为设计指标。如果给定性能指标为时间域的形式，则应先化成等价的频率域形式。通常，设计是在波德图上进行的。在波德图上，先画出满足性能指标的期望对数幅值特性曲线，它由三个部分组成：低频段用以表征闭环系统应具有的稳态精度；中频段表征闭环系统的相对稳定性如相角裕量和增益裕量等，它是期望对数幅值特性中的主要部分；高频段表征系统的复杂性。然后，在同一波德图上，再画出系统不可变动部分的对数幅值特性曲线，它是根据其传递函数来作出的。所需串联校正装置的特性曲线即可由这两条特性曲线之差求出，在经过适当的简化后可定出校正装置的类型和参数值。 不论是采用根轨迹法还是频率响应法，设计中常常有一个反复的修正过程，其中设计者的经验起着重要的作用。设计的结果也往往不是唯一的，需要结合性能、成本、体积等方面的考虑，选择一种合理的方案。
㈥ 自动控制原理中如何选用校正装置的型别
1、采用串联校正往往同时需要引入附加放大器，以提高增益并起隔离作用。
2、对于并联校正，讯号总是从功率较高的点传输到功率较低的点，无须引入附加放大器，所需元件数目常比串联校正为少。在控制系统设计中采用哪种校正，常取决于校正要求、讯号性质、系统各点功率、可选用的元件和经济性等因素。
其实我是过来人，学好自控真得并不难！关键是一些基础概念和基础公式要理清，比如开环和闭环、二阶系统的传函标准式、稳定裕度之类的，一些问题要先想，不懂再问！学习时能预习最好，课后再花点小时间回顾，整理一个大的框架，着重掌握就基本上可以了。
大的分现代控制理论和经典控制理论。
现代控制理论控主要掌握状态空间表示式（三种控制系统的描述方式之一，其他两种是经典控制理论里面的微分方程和传递函式也是重点）和结构图、状态方程的解（主要研究求解矩阵指数或者状态转移矩阵）、系统的能控性与能观性的判断方式、如何用李雅普洛方法（主要是第二方法）判断系统的稳定性、状态反馈的应用（包括极点配置、实现解耦和为了能够实现状态反馈而建立的状态观测器），后面的最优控制和状态估计了解就行。
经典控制理论中，主要掌握线性系统的三种不同分析法——时域法（以二阶为主）、根轨迹法（8个性质）和频域分析法（侧重点不同，目的都是研究系统的效能指标）、以及这三种方法对应判断系统稳定的方法（劳斯判据、直接读图位于左半平面、和奈氏判据）、离散系统的讯号取样和稳定性判据（类比劳斯判据）、非线性系统的两种分析法、至于线性系统的校正，了解就行。
此外，做一些相关的题目基本上就差不多了。书嘛，不用拘泥于一本书，多看看其他的书目，我学习的是胡寿松的，选看的是北航的书，从其他的书上，可以发现很多新的东西。以上是我的学习过程和感想，仅供参考，希望对你有帮助！
你说的自动控制原理图是系统结构图吧，这个图其实是实际系统的一种抽象，你要想看懂并设计一个图，先要找本自控原理教材学习一下，这样的书应该有很多，自动化专业的都有，:jingpinke./ 这个网站上还有课程视讯，你可以自己找一找看一看
衰减率是指每经过一个波动周期,被调量波动幅值减少的百分数
也就是同方向的两个相邻波的前一个波幅减去后一个波幅之差与前一个波幅的比值
下面含有具体方法 你可以把具体例子删去 就是绪论 当然也可以不删 我也是自动化专业的 最近也在课程设计 以往在电厂自动化专业学生进行毕业设计过程中，常常需要进行大量的数学运算。在当今计算机时代，通常的做法是借助高阶语言Basic、Fortran或C语言等编制计算程式，输入计算机做近似计算。但是这需要熟练的掌握所运用的语法规则与编制程式的相关规定，而且编制程式不容易，费时费力。 目前，比较流行的控制系统模拟软体是MATLAB。1980年美国的Cleve Moler 博士研制的MATLAB环境（语言）对控制系统的理论及计算机辅助设计技术起到了巨大的推动作用。由于MATLAB的使用极其容易，不要求使用者具备高深的数学与程式语言的知识，不需要使用者深刻了解演算法与程式设计技巧，且提供了丰富的矩阵处理功能，因此控制理论领域的研究人员很快注意到了这样的特点。尤其MATLAB应用在电厂自动化专业的毕业设计的计算机模拟上，更体现出它巨大的优越性和简易性。 使用MATLAB对控制系统进行计算机模拟的主要方法是：以控制系统的传递函式为基础，使用MATLAB的Simulink工具箱对其进行计算机模拟研究。 1．时域分析中效能指标 为了保证电力生产装置的安全经济执行，在设计电力自动控制系统时，必须给出明确的系统性能指标，即控制系统的稳定性、准确性和快速性指标。通常用这三项技术指标来综合评价一个系统的控制水平。对于一个稳定的控制系统，定量衡量效能的好坏有以下几个效能指标：（1）峰值时间tp；（2）调节时间ts；（3）上升时间tr；（4）超调量Mp%。 怎样确定控制系统的效能指标是控制系统的分析问题；怎样使自动控制系统的效能指标满足设计要求是控制系统的设计与改造问题。在以往进行设计时，都需要通过效能指标的定义徒手进行大量、复杂的计算，如今运用MATLAB可以快速、准确的直接根据响应曲线得出效能指标。例如：求如下二阶系统的效能指标： 首先用MATLAB在命令视窗编写如下几条简单命令： num=[3]; ％传递函式的分子多项式系数矩阵 den=[1 1.5 3]; ％传递函式的分母多项式系数矩阵 G=tf(num,den); ％建立传递函式 grid on; ％图形上出现表格 step(G) ％绘制单位阶跃响应曲线 通过以上命令得到单位阶跃响应曲线如图1，同时在曲线上根据效能指标的定义单击右键，则分别可以得到此系统的效能指标：峰值时间tp=1.22s；调节时间ts=4.84s；上升时间tr=0.878s；超调量Mp%=22.1%。 图1 二阶系统阶跃响应及效能指标 2．具有延迟环节的时域分析 在许多实际的电力控制系统中，有不少的过程特性（物件特性）具有较大的延迟，例如多容水箱。对于具有延迟过程的电力控制无法保证系统的控制质量，因此进行设计时必须考虑实际系统存在迟延的问题，不能忽略。所以设计的首要问题是在设计系统中建立迟延环节的数学模型。 在MATLAB环境下建立具有延迟环节的数学模型有两种方法。 例：试模拟下述具有延迟环节多容水箱的数学模型的单位阶跃响应曲线： 方法一：在MATLAB命令视窗中用函式pade(n，T) num1=1;den1=conv([10,1],[5,1]);g1=tf(num1,den1); [num2,den2]=pade(1,10);g2=tf(num2,den2); g12=g1*g2; step(g12) 图2 延迟系统阶跃响应曲线 方法二：用Simulink模型视窗中的Transport Delay（对输入讯号进行给定的延迟）模组 首先在Simulink模型视窗中绘制动态结构图，如图3所示。 图3 迟延系统的SIMULINK实现 然后双击示波器模组，从得到的曲线可以看出，与方法一的结果是相同。 3．稳定性判断的几种分析方法 稳定性是控制系统能否正常工作的首要条件，所以在进行控制系统的设计时首先判别系统的稳定性。而在自动控制理论的学习过程中，对判别稳定性一般采用劳斯稳定判据的计算来判别。对于高阶系统，这样的方法计算过程繁琐且复杂。运用MATLAB来判断稳定性不仅减少了计算量，而且准确。 3．1 用root(G . den{1})命令根据稳定充分必要条件判断 例
幽默了
不知道你是学 经典控制理论还是现代控制理论
不管学那个 你要有 高等数学 大学物理 电工基础 讯号与系统 数位电子基础 类比电子基础
这六门基础课。
当然高数 和 讯号 主要是 卷积 傅立叶变换和 拉氏变换 泰勒级数
不多的东西
根轨迹是开环系统某一引数从零变化到无穷大时，闭环系统特征根在s平面上变化的轨迹。可分成常义根轨迹和广义根轨迹。根轨迹有180度、零度根轨迹和参量根轨迹。根轨迹是开环系统的增益从零变化到无穷大时，闭环系统特征根在s平面上变化的轨迹。所以1.如果根轨迹全部位于S平面左侧，就表示无论增益怎么改变，特征根全部具有负实部，则系统就是稳定的。2.如果根轨迹在虚轴上，表示临界稳定，也就是不断振荡。3.如果根轨迹根轨迹全部都在S右半平面，则表示无论选择什么引数，系统都是不稳定的。也就是说增益在一定范围内变化时，系统可以保持稳定，但是当增益的变化超过这一阈值时，系统就会变得不稳定，而这一阈值就是出现在根轨迹与虚轴的交点上，在这一点系统临界稳定。最终可有增益的取值范围判断系统的稳定性。
控制系统的校正那一章，串联校正部分
㈦ 自动控制原理课程设计 设计题目： 串联滞后校正装置的设计
一、理论分析设计
1、确定原系统数学模型；
当开关S断开时，求原模拟电路的开环传递函数个G(s)。
c)；(c、2、绘制原系统对数频率特性，确定原系统性能：
3、确定校正装置传递函数Gc(s)，并验算设计结果；
设超前校正装置传递函数为：
，rd>1
)，则：c处的对数幅值为L(cm，原系统在=c若校正后系统的截止频率
由此得：
由 ，得时间常数T为：
4、在同一坐标系里，绘制校正前、后、校正装置对数频率特性；
二、Matlab仿真设计（串联超前校正仿真设计过程）
注意：下述仿真设计过程仅供参考，本设计与此有所不同。
利用Matlab进行仿真设计（校正），就是借助Matlab相关语句进行上述运算，完成以下任务：①确定校正装置；②绘制校正前、后、校正装置对数频率特性；③确定校正后性能指标。从而达到利用Matlab辅助分析设计的目的。
例：已知单位反馈线性系统开环传递函数为：
≥450，幅值裕量h≥10dB，利用Matlab进行串联超前校正。≥7.5弧度/秒，相位裕量c要求系统在单位斜坡输入信号作用时，开环截止频率
c)]、幅值裕量Gm(1、绘制原系统对数频率特性，并求原系统幅值穿越频率wc、相位穿越频率wj、相位裕量Pm[即
num=[20];
den=[1,1,0];
G=tf(num,den); %求原系统传递函数
bode(G); %绘制原系统对数频率特性
margin(G); %求原系统相位裕度、幅值裕度、截止频率
[Gm,Pm,wj,wc]=margin(G);
grid; %绘制网格线（该条指令可有可无）
原系统伯德图如图1所示，其截止频率、相位裕量、幅值裕量从图中可见。另外，在MATLAB Workspace下，也可得到此值。由于截止频率和相位裕量都小于要求值，故采用串联超前校正较为合适。
图1 校正前系统伯德图
2、求校正装置Gc(s)（即Gc）传递函数
L=20*log10(20/(7.5*sqrt(7.5^2+1))); =7.5处的对数幅值Lc%求原系统在
rd=10^(-L/10); %求校正装置参数rd
wc=7.5;
T= sqrt(rd)/wc; %求校正装置参数T
numc=[T,1];
denc=[T/ rd,1];
Gc=tf(numc,denc); %求校正装置传递函数Gc
(s)（即Ga）3、求校正后系统传递函数G
numa=conv(num,numc);
dena=conv(den,denc);
Ga=tf(numa,dena); %求校正后系统传递函数Ga
4、绘制校正后系统对数频率特性，并与原系统及校正装置频率特性进行比较；
求校正后幅值穿越频率wc、相位穿越频率wj、相位裕量Pm、幅值裕量Gm。
bode(Ga); %绘制校正后系统对数频率特性
hold on; %保留曲线，以便在同一坐标系内绘制其他特性
bode(G,':'); %绘制原系统对数频率特性
hold on; %保留曲线，以便在同一坐标系内绘制其他特性
bode(Gc,'-.'); %绘制校正装置对数频率特性
margin(Ga); %求校正后系统相位裕度、幅值裕度、截止频率
[Gm,Pm,wj,wc]=margin(Ga);
grid; %绘制网格线（该条指令可有可无）
校正前、后及校正装置伯德图如图2所示，从图中可见其：截止频率wc=7.5；
)，校正后各项性能指标均达到要求。相位裕量Pm=58.80；幅值裕量Gm=inf dB(即
从MATLAB Workspace空间可知校正装置参数：rd=8.0508，T=0.37832，校正装置传递函数为 。
图2 校正前、后、校正装置伯德图
三、Simulink仿真分析（求校正前、后系统单位阶跃响应）
注意：下述仿真过程仅供参考，本设计与此有所不同。
线性控制系统校正过程不仅可以利用Matlab语句编程实现，而且也可以利用Matlab-Simulink工具箱构建仿真模型，分析系统校正前、后单位阶跃响应特性。
1、原系统单位阶跃响应
原系统仿真模型如图3所示。
图3 原系统仿真模型
系统运行后，其输出阶跃响应如图4所示。
图4 原系统阶跃向应曲线
2、校正后系统单位阶跃响应
校正后系统仿真模型如图5所示。
图5 校正后系统仿真模型
系统运行后，其输出阶跃响应如图6所示。
图6 校正后系统阶跃向应曲线
3、校正前、后系统单位阶跃响应比较
仿真模型如图7所示。
图7 校正前、后系统仿真模型
系统运行后，其输出阶跃响应如图8所示。
图8 校正前、后系统阶跃响应曲线
四、确定有源超前校正网络参数R、C值
有源超前校正装置如图9所示。
图9 有源超前校正网络
当放大器的放大倍数很大时，该网络传递函数为：
（1）
其中 ， ， ，“-”号表示反向输入端。
该网络具有相位超前特性，当Kc=1时，其对数频率特性近似于无源超前校正网络的对数频率特性。
根据前述计算的校正装置传递函数Gc(s)，与（1）式比较，即可确定R4、C值，即设计任务书中要求的R、C值。
注意：下述计算仅供参考，本设计与此计算结果不同。
如：由设计任务书得知：R1=100K，R2=R3=50K，显然
令
T=R4C
㈧ 摩阻天平原理
摘 要：为实现对微量摩阻天平/MEMS摩阻传感器进行静态校准研究，并且需要能够模拟高超声速风洞试验环境压力，建立微量摩阻天平旋转加载校准装置，对该校准装置的总体方案、旋转加载台体系统、真空系统和测控系统等进行研究。首先，提出基于离心力等效原理和真空箱体内单轴旋转加载方法的校准装置研制方案，开展旋转加载校准原理和校准装置总体方案研究。然后，分别对单轴旋转加载台体系统、模拟不同风洞试验环境压力的真空系统、旋转加载台体和真空箱体的磁流体动态密封以及专用的测控系统等方案进行详细设计。最后，完成校准装置研制，对该校准装置进行技术指标检测，并对研制的MEMS摩阻传感器样机开展校准应用。结果表明：微量摩阻旋转加载校准装置的速率范围在0.01～3 600 °/s连续可调，速率精度优于0.01 °/s，真空度20～5 000 Pa精密可测可控；静校的MEMS摩阻传感器样机输出稳定、回零好，测量范围均为0～100 Pa，分辨率为0.1 Pa，重复性精度和线性度优于1%。该校准装置速率精度高、稳定性好，校准过程中真空箱体的真空度可在30 min内达到20 Pa并得到很好保持，满足微量摩阻天平/MEMS摩阻传感器静态校准需求。
关键词：微量摩阻天平;校准装置;旋转加载;真空系统
0 引 言
表面摩擦阻力（简称“摩阻”）是空气动力学中一个重要的物理量。在实际的工程设计中，摩阻是高超声速飞行器飞行过程中气动力的重要组成部分，特别是湍流边界层会导致摩阻大幅度增加，直接影响飞行器的有效航程，严重制约飞行器的性能[1- 2]。在飞行器设计时必须精确测量飞行器表面摩阻的分布和大小情况，以达到优化设计、提高飞行器性能的目的。因此，需要发展能够精准测量飞行器表面摩阻的微量摩阻天平[3-6]/MEMS摩阻传感器[7-8]及其校准研究能力，为发展高超声速表面摩阻测量试验技术提供基础研究条件。
为了对微量摩阻天平/MEMS摩阻传感器进行校准试验，需要研制专门的校准装置。由于微量摩阻天平和MEMS摩阻传感器的量程和体积都非常小，无法采用常规天平的传统挂砝码校准方式[5, 8]，并且其校准需要能够模拟不同的风洞试验环境压力。
本文提出基于离心力等效原理和单轴旋转加载方法的微量摩阻天平旋转加载校准装置研制方案，并且采用真空箱体模拟不同的风洞试验环境压力，用于微量摩阻天平/MEMS摩阻传感器静态校准。
1 微量摩阻天平旋转加载校准原理与总体方案设计
1.1 微量摩阻天平旋转加载校准原理
体积和量程都很小的微量摩阻天平/MEMS摩阻传感器静态校准将采用基于离心力等效原理的旋转加载方法，旋转加载校准的工作原理是[9]：单轴旋转加载平台产生一定的离心力，作用在微量摩阻天平测量元件表面几何中心所在的垂直轴线上，形成与摩阻力矩方向一致的离心力矩，离心力矩作用使测量元件产生微小的位移/变形，进而使与测量元件集成的应变片等电学元件产生一定的电信号输出，如图1所示。根据离心力公式F=mω2r，改变转台的转速 ω，便改变了加载力F的大小，即可建立电信号输出-离心力矩的传递函数。在此基础上，建立离心力矩与等效摩阻的对应关系，即可实现微量摩阻天平静态校准。
图1 旋转加载校准的离心力等效原理
1.2 旋转加载校准装置总体方案设计
校准装置需要模拟高超声速风洞摩阻测量的环境压力，转台工作台面置于真空箱体内，真空箱体的压力可以通过真空泵实现真空度的精密测量与控制，从而模拟摩阻测量试验需要的不同环境压力。因此，微量摩阻天平校准装置主要包括旋转加载台体系统、真空系统和测控系统等，如图2所示。
图2 微量摩阻天平校准装置总体方案
自主研制MEMS摩阻传感器样机，摩阻测量范围为 0～100 Pa，分辨率为 0.1 Pa。其中，MEMS 摩阻传感器测量头直径为 Φ5 mm，摩阻天平测量头直径为 Φ 20 mm，相应的待测摩阻力分别为1.96 mN和31.42 mN，测量分辨率分别为0.002 mN和0.03 mN。根据表面摩阻测量器件静态校准需求，校准装置的关键技术指标设计为：工作台面直径为 Φ 600 mm，允许载荷为2×4 kg（均布），试品允许最大高度为200 mm；转角范围连续无限，速率范围为0.01～3 600 °/s，速率精度为 5×10-3（10°平均）；真空箱内部≥ Φ 700 mm×500 mm，极限真空度优于50 Pa，压升率（漏气率）≤0.3 Pa/h；配置专用的测量控制系统和控制软件，实现旋转加载平台运动和真空度的精准控制。
2 旋转加载校准装置方案设计
2.1 旋转加载台体系统方案设计
旋转加载台体系统是保证校准装置主要技术指标的核心部件，主要包括旋转主轴、工作台面、驱动电机、精密轴承组件、导电滑环和安装底座等，台体系统的结构如图3所示。
图3 旋转加载台体系统方案设计
旋转主轴是旋转加载台体系统的关键运动部件，采用德国FAG公司精密级角接触球轴承7024ET/P4S双联支承，驱动电机采用美国Parker公司生产的190STK2M系列无刷力矩电机，用来驱动转台轴旋转，满足速率及位置的要求。
工作台面采用不锈钢材料，直径为 Φ 600 mm，固定在转台主轴上端，用于安装微量摩阻天平/MEMS摩阻传感器。工作台面上有M8安装螺孔呈45°辐射分布，并对称设计两个插座用于传输试验对象信号;台面侧面设计有1°间隔的分布刻线。安装底座下部设计了均布的可调支脚，用来调整工作台面的水平。
主轴运动控制的角位置反馈元件采用英国雷尼绍公司生产的RESA229光电绝对式轴角编码器，安装在工作台面与双联精密轴承之间的旋转主轴。导电滑环组件安置在转台轴轴系的下端，用于传输被测产品信号，需要同时具备较高的导电性能和耐磨特性，选用中航工业精密所生产的DHH40导电滑环，主要技术指标为：接触电阻≤50 mΩ、接触电阻变化量≤10 mΩ、绝缘电阻≥100 MΩ、环数规格≥40、使用寿命≥107转。
2.2 真空系统方案设计
真空系统用于模拟摩阻测量器件工作的高超声速风洞环境压力，主要包括真空获得系统、真空箱体、真空测量仪器、压力控制阀、磁流体动态密封装置和真空控制监测装置等，如图4所示。
图4 真空系统方案设计
真空获得系统是真空系统的核心组件，主要包括真空泵、真空阀门、真空连接管路等。为了保证真空箱体内无油的工作环境，真空泵必须为无油涡旋干泵，选用英国爱德华的nXDS10i涡旋干泵，抽速为3.1 L/s。真空阀门主要包含安装在真空箱体上的抽真空阀和放气阀，抽真空阀与干泵通过KF25不锈钢波纹管连接；放气阀用于试验完成后真空腔体充气开门拿取工件，进气口安装空气过滤器；真空阀门选用川北真空的抽真空阀GDC-J25和放气阀GDC-J16。
真空箱体采用立式单室前开门结构，包括腔室、操作门、铰链及锁紧装置等，箱体顶部设置照明灯，箱体正面设计直径为 Φ400 mm的K9光学玻璃观察窗。真空箱体外部设置加强筋，以防止变形，并用不锈钢薄板包裹，使设备外形美观；真空箱体设置抽真空接口、充放气阀接口以及转台密封接口，所有接口均使用标准法兰；操作门通过铰链与腔室连接，并可通过铰链轴手动打开，操作灵活方便；真空箱体与操作门之间采用真空氟橡胶密封。
转台延伸轴与旋转主轴通过磁流体密封技术进行连接[10]，磁流体密封装置采用中空式双法兰结构形式，中空部分预留 Φ 50 mm孔径用于预埋导电滑环线缆，磁流体外壳与真空箱体对接，以此实现单轴真空转台的旋转动态密封。
真空测量系统使用电阻真空计，安装在真空箱体上，测试真空室内抽气时的真空度。真空度在50～5 000 Pa范围内可稳压控制，控制精度为±1%，必须通过薄膜规和调节阀来实现压力控制。选用美国ASCO调节阀，可根据控制压力设定调节进气流量实现对所充气体的流量调节，达到精确控制压力，阀门型号为G202A，进气流量在0～1.5 L/s范围内调节;同时，选用型号为SS-4BK的手动截止阀作为调节阀G202截止功能的备用阀。选用美国MKS薄膜规，型号为722B，规格为10 Torr（1 Torr≈133.322 Pa）和100 Torr各1个，控制精度可达到±0.5%。选用磁流体密封装置实现低阻尼条件下把旋转主轴运动传递到真空箱体内的工作台面。真空控制监测装置有专门的控制面板，集成了操作按钮、PLC控制器、通信模块、真空计、薄膜规控制仪、触摸屏等显示设备，实现对真空系统的实时监测和操作。
2.3 测控系统方案设计
测控系统用于对校准装置的台体系统和真空系统进行实时测量和控制。测控系统主要包括测控主机、DSP轴运动控制器、角位移/角速度测量系统、真空测控系统、面板显示与键盘、通信接口和软件系统等，如图5所示。
测控系统的核心为转台控制计算机及DSP轴运动控制器。电控系统采用主流工控PC计算机与专用DSP多轴运动轴控系统相结合的二级位置闭环数字复合控制结构，图形化人机界面提供灵活的转台操作和显示；无刷力矩电机及相应的PWM型电流反馈伺服驱动放大器直接驱动；具有位置编码基准信号的光电绝对式轴角编码器作为转台轴运动测量反馈元件；DSP轴运动控制器和控制计算机配置模拟、高速串行口与上位计算机通信实现转台的远程控制。
图5 测控系统方案设计
软件系统为专用的测控软件，主要包括旋转加载台体系统测控软件和真空系统测控软件，实现对校准系统的各种运动控制管理、用户各种输入/输出的界面管理、各种保护控制管理、多种接口的运动/伺服跟踪实时数据通信。计算机软件基于Windows操作系统，采用C语言模块化设计，具有功能扩展能力。
3 旋转加载校准装置研制与应用
在上述校准装置总体方案、旋转加载台体系统、真空系统和测控系统等系统方案设计的基础上，完成了微量摩阻天平旋转加载校准装置加工、安装调试和现场技术指标检测，校准装置如图6所示。现场检测的关键技术指标为：负载4×2 kg（均布），转台直径为600 mm（可固定安装测量半径大于 250 mm），最大安装高度200 mm，真空度20～5 000 Pa 精密可测可控，速率范围 0.01～3 600 °/s连续可调，速率精度优于0.01 °/s，具备了摩阻测量器件静态校准的能力。
图6 研制的微量摩阻天平旋转加载校准装置
研制的微量摩阻天平旋转加载校准装置被用于静态校准自主研制的MEMS摩阻传感器样机，MEMS摩阻传感器样机及其在校准装置工作台面安装如图7所示，校准曲线如图8所示。
图7 自主研制的MEMS摩阻传感器样机及其静态校准
图8 MEMS摩阻传感器样机校准曲线
校准结果表明，研制的微量摩阻天平旋转加载校准装置运行稳定性好，速率精度高，满足微量摩阻天平/MEMS摩阻传感器静态校准需求；静校的MEMS摩阻传感器样机输出稳定、回零好，测量范围均为0～100 Pa，分辨率为0.1 Pa，重复性精度和线性度均优于1%。此外，校准过程中，真空箱体内的真空度可以在30 min内达到20 Pa，并且具有很好的真空度保持能力
㈨ 系统的校正与综合 实验设计
先画出原函数的波特图，然后采用超前校正，使校正后的波特图符合要求即可。
㈩ 火车过机校正工作原理
控制系统设计和校正
设计问题：根据给定被控对象和自动控制的技术要求，进行控制器设计，使控制器与被控对象组成的系统能较好地完成自动控制任务。
校正问题：一种原理性的局部设计。在系统的基本部分（通常指对象、执行机构、测量元件等主要部件）已确定的条件下，设计校正装置的传函和调整系统放大倍数，使系统动态性能满足一定的要求。
两者区别：设计问题要求设计整个控制器(包括设备选型、可靠性、经济性等实际问题)，而校正问题设计的只是控制器的一部分（校正装置）。
3.校正问题的三要素
系统基本部分（原有部分、固有部分）：被控对象、控制器基本部分（放大元件、测量元件）。放大元件增益可调，其余参数固定——给定
系统的性能要求——给定
校正装置：当通过调整放大元件增益仍不能满足系统性能时，需要增加附加装置来改善系统性能——需设计（未知）
4. 校正的实质
通过改变系统的零极点来改变系统性能。