導(dǎo)航系統(tǒng)分析與校正《自動控制原理》課程設(shè)計

1、<p><b>　　導(dǎo)航系統(tǒng)分析與校正</b></p><p>　　1設(shè)計背景和設(shè)計要求：</p><p><b>　　1.1設(shè)計背景</b></p><p>　　AGV(Automatic Guiding Vehicle），即自動導(dǎo)航小車，是自動化工廠的一種重要運輸工具，已經(jīng)得到國內(nèi)外日益廣泛的應(yīng)用。其控制系統(tǒng)

2、的開發(fā)涉及到計算機、機械建模、自動控制和無線通信等多個領(lǐng)域的學(xué)科。它與自動導(dǎo)航有密切的關(guān)系，但是迄今為止，還沒有完全解決導(dǎo)航系統(tǒng)的駕駛穩(wěn)定性問題。因此，自動導(dǎo)航小車在行使過程中有時會出現(xiàn)輕微的“蛇行”現(xiàn)象，這表明導(dǎo)航系統(tǒng)還不夠穩(wěn)定。</p><p><b>　　1.2設(shè)計要求</b></p><p>　　AGV的導(dǎo)航系統(tǒng)框圖如圖（一）所示，其中 ， 為使系統(tǒng)響應(yīng)斜坡輸

3、入的穩(wěn)態(tài)誤差僅為1%，要求系統(tǒng)的速度誤差系數(shù)。試設(shè)計合適的滯后校正網(wǎng)絡(luò)，使系統(tǒng)的相角裕度達到 ，并計算校正后系統(tǒng)的超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間。</p><p>　　2分析與校正的主要過程：</p><p>　　2.1確定開環(huán)增益K</p><p><b>　　K=100</b></p><p>　　所以待校正系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為；

4、</p><p>　　2.2分析未校正系統(tǒng)的穩(wěn)定性</p><p><b>　　系統(tǒng)的特征方程為</b></p><p><b>　　=0</b></p><p><b>　　列勞思表如下：</b></p><p>　　0.00084 1</

5、p><p>　　0.061 100</p><p><b>　　0.377</b></p><p><b>　　100</b></p><p>　　由勞思表可知，第一列有兩次符號變化，所以系統(tǒng)是不穩(wěn)定的，且有兩個正實部根。</p><p>　　2.3分析未校正系統(tǒng)的頻域

6、特性</p><p>　　40.3 rad/s</p><p><b>　　所以</b></p><p>　　用MATLAB作系統(tǒng)未校正前的伯德圖，在MATLAB command Window下鍵入下列語句：</p><p><b>　　n=100;</b></p><p>

7、　　d=[0.00084,0.061,1,0];</p><p><b>　　bode(n,d)</b></p><p>　　margin(n,d)</p><p>　　未校正系統(tǒng)的頻率特性曲線如圖（二）所示，由圖可以得到未校正系統(tǒng)的穿越頻率 rad/s，幅值裕度 dB。</p><p>　　2.4根據(jù)相角裕度要求，選擇

8、已校正系統(tǒng)截止頻率</p><p>　　現(xiàn)在作如下計算： </p><p><b>　　設(shè)計要求要達到，且</b></p><p><b>　　圖（二）</b></p><p><b>　　由 </b></

9、p><p>　　可得：=10.05 rad/s</p><p>　　2.5確定滯后校正網(wǎng)絡(luò)</p><p><b>　　由</b></p><p>　　和20lg b + =0</p><p><b>　　可得 b=0.11</b></p><p><

10、;b>　　由</b></p><p><b>　　可得T=9.05</b></p><p>　　所以滯后網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)為：</p><p>　　2.6驗算已校正系統(tǒng)的相角裕度</p><p>　　已校正系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：</p><p><b>　　由</b&g

11、t;</p><p>　　10.1 rad/s</p><p>　　接近50，滿足設(shè)計要求。</p><p>　　用MATLAB作已校正系統(tǒng)的伯德圖，在MATLAB command Window下鍵入下列語句：</p><p>　　n=[100,100];</p><p>　　d=[0.007602,0.55289,9

12、.111,1,0];</p><p><b>　　bode(n,d)</b></p><p>　　margin(n,d) </p><p>　　已校正系統(tǒng)的伯德圖如圖（三）所示，由圖可以得到已校正系統(tǒng)的穿越頻率</p><p>　　33.6 rad/s，幅值裕度為=15.9 dB。</p><p>

13、;　　把圖（二）跟圖（三）作比較可以發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)校正后，相位滯后了。所以串聯(lián)滯后校正網(wǎng)絡(luò)是合適的。</p><p>　　2.7根據(jù)已校正系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)求超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間</p><p><b>　　根據(jù)經(jīng)驗公式：</b></p><p>　　諧振峰值 =1.285</p><p><b>　　超調(diào)量 <

14、;/b></p><p><b>　　=27.4%</b></p><p><b>　　=2.63</b></p><p>　　調(diào)節(jié)時間=0.82 s</p><p><b>　　圖（三）</b></p><p>　　3用MATLAB仿真，即求系統(tǒng)

15、的動態(tài)響應(yīng)</p><p>　　3.1未校正系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)</p><p>　　未校正系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為</p><p><b>　　=</b></p><p>　　在MATLAB command Window下鍵入下列語句：</p><p><b>　　n=100;</b>

16、;</p><p>　　d=[0.00084,0.061,1,100];</p><p><b>　　step(n,d)</b></p><p>　　未校正系統(tǒng)輸出量的單位階躍響應(yīng)如圖（四）所示，橫坐標為時間，縱坐標為幅值，由圖可見系統(tǒng)是不穩(wěn)定的，而導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)該是穩(wěn)定的，所以應(yīng)該對其進行校正，使其滿足系統(tǒng)要求。 </p>&

17、lt;p>　　3.2已校正系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)</p><p>　　已校正系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　圖（四）</b></p><p>　　在MATLAB command Window下鍵入下列語句：</p><p&g

18、t;<b>　　n=[100，];</b></p><p>　　d=[0.007602，0.55289，9.111，101，100];</p><p><b>　　step(n,d)</b></p><p>　　已校正系統(tǒng)輸出量的單位階躍響應(yīng)如圖（五）所示，橫坐標為時間，縱坐標為幅值。 由圖可得

19、，對于已校正系統(tǒng)</p><p><b>　　超調(diào)量 </b></p><p>　　上升時間 0.267 s</p><p>　　調(diào)節(jié)時間 0.735 s(5%誤差帶）</p><p>　　可見，系統(tǒng)在添加串聯(lián)滯后校正網(wǎng)絡(luò)后，系統(tǒng)的阻尼程度增加了，且校正后的系統(tǒng)阻尼程度也夠大，響應(yīng)速度也很快。</p>&l

20、t;p><b>　　圖（五）</b></p><p>　　3.3系統(tǒng)校正前后比較</p><p>　　系統(tǒng)在校正后，相角裕度為，達到了預(yù)期的設(shè)計要求，并且校正后系統(tǒng)變的穩(wěn)定。可見通過串聯(lián)滯后校正網(wǎng)絡(luò)，不僅使得AGV的導(dǎo)航系統(tǒng)變的穩(wěn)定，并且其動態(tài)性能也符合實際要求。</p><p><b>　　4結(jié)語</b></

21、p><p>　　通過對AGV小車自動導(dǎo)航系統(tǒng)的分析與校正，使我對它的導(dǎo)航系統(tǒng)原理有了一個初步的認識。經(jīng)過此次課程設(shè)計，我對自動控制原理的應(yīng)用有了進一步的了解，并看到了它的廣闊發(fā)展前景。在設(shè)計過程中，我不僅僅運用了所學(xué)過的知識，也學(xué)到了很多。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　（1）白玉平主編，《自動控制原理》，電子工

22、業(yè)出版社，北京，2002。</p><p>　　（2）王益群，孔祥東主編，《控制工程基礎(chǔ)》，機械工業(yè)出版社，北京，2003。</p><p>　?。?）韓利竹，王華編著，《MATLAB電子仿真與應(yīng)用（第2版）》，國防工業(yè)出版社，北京，2003。</p><p>　?。?）Morris Driels著，金愛娟，李少龍，李航天譯，《線性控制系統(tǒng)工程》，清華大學(xué)出版社，北