Harbin Institute of Technology
课程设计说明书（论文）
课程名称：自动控制原理课程设计
设计题目：某红外成像目标模拟器俯仰系统设计与仿真
院系：航天学院控制科学与工程系
班级：1204201
设计者：××
学号：1120××
指导教师：××
设计时间：2015年3月2日
哈尔滨工业大学
穿内衣的女人某红外成像目标模拟器俯仰系统设计与仿真一、人工设计
已知控制系统框图如下：
图1 系统控制框图
其中：????=0.018；????=0.0194，R=2
性能指标要求如下：
1.角速度??≤50°/??；
2.角加速度??≤100°/??2；
3.稳态误差??????≤0.2mrad ；
4.频率响应f=8~10Hz；
5.相角裕度γ≥50°；高中课程
由ω=2πf，得到满足频响f=8~10Hz的剪切频率????=50.24~62.8??????
/
??。
1.放大环节
在系统未加任何校正时，系统的开环传递函数缩回
G0=
0.009
s0.0194s+1（1）
系统的Bode 图如下：
赵雷成都歌词可以得出，系统的剪切频率??c0=0.009rad/??，远小于设计指标，而相角裕度
γ=89.99°，因此考虑引入放大环节G 2，使系统的开环幅频特性曲线上移，以达到通过牺
牲γ来换取更大的??c 的目的。经计算，取G 2=7777.8，即系统的开环传递函数
G 0‘=70
s(0.0194s +1)
引入放大环节的系统Bode 图如下：
10-210-1100101102
-60
-40
-20
20
40
60
(rad/s)
L
英国大笨钟
()(d B )图2 校正前系统的开环Bode 图
（2）
图3 加入放大环节的系统Bode图
注：此图若手绘，误差会导致仅加入放大环节即可达到性能指标，与实际情况不符。
此时的剪切频率已经很接近性能指标的最低要求了，但是相角裕度却从89.9°下降到不满足性能指标的45.8°。可见，仅仅通过引入放大环节G2，是无法优化此系统的。
2.串联超前校正环节
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在这种情况下，应额外加入串联超前校正环节，来同时提升剪切频率和相角裕度，
超前校正各项系数的计算过程如下。
设超前校正环节G??=τs+1
Ts+1
，其中T=ατ。广义被控对象为
G0‘=
70
s(0.0194s+1)
根据校正前系统的Bode图，可得????0=50.1??????
/??，??0=45.8°
，则
紫玫瑰的花语????=??-??0+?=50°-45.8°＋10.8°＝15°
又
????=sin-11-?? 1+??
由式（5），可以解得α=0.6。
然后在超前校正前的系统Bode图中，找到幅值对应为-20lg1
?
?
=-2.218处的角频率????=59.5??????
/??，它是校正后的剪切频率，满足设计要求，又
????=1 ????
由式（6），以及????=59.5??????
/??，可以解得??=0.022，T=????=0.013。所以，串联超前校正环节的传递函数为
G??=τs+1
Ts+1
=
0.022s+1
0.013s+1
校正装置（放大环节和串联超前校正环节）的Bode图如下。（3）（4）（5）
（6）（7）
加入放大环节和串联超前校正之后，系统的Bode 图如下。10-210-1100101102
-60
-40
-20
20
40
60
(rad/s)
L
()(d B )图4 校正环节的Bode 图
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