一類位置隨動(dòng)系統(tǒng)的測(cè)速反饋控制

1、 題 目: 一類位置隨動(dòng)系統(tǒng)的測(cè)速反饋控制 初始條件：圖示為一位置隨動(dòng)系統(tǒng)，放大器增益為Ka=50，電橋增益,電橋增益,測(cè)速電機(jī)增益V.s，Ra=7.5，La=14.25mH，J=0.007kg.m2，Ce=Cm=0.3N.m/A,f=0.2N.m.s,減速比i=0.1要求完成的主要任務(wù): （包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求，以及說(shuō)明書(shū)撰寫等具體要求）1、 求出系統(tǒng)各部分傳遞函數(shù)，畫出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖、信號(hào)流圖，并求出閉環(huán)傳遞函數(shù)；2、 求出開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的截至頻率、相角裕度和幅值裕度；3、 繪制Bode圖和Nyquist圖4、 設(shè)計(jì)測(cè)試反饋控制使得其阻尼比為0.755、 用Matlab繪制校正前后系統(tǒng)的單

2、位階躍反饋曲線6、 用Matlab對(duì)校正前后的系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，比較其時(shí)域相應(yīng)曲線有何區(qū)別，并說(shuō)明原因。時(shí)間安排： 任務(wù)時(shí)間（天）審題、查閱相關(guān)資料1分析、計(jì)算1.5編寫程序1撰寫報(bào)告1論文答辯0.5指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日摘要隨動(dòng)系統(tǒng)是指系統(tǒng)的輸出以一定的精度和速度跟輸入的自動(dòng)控制系統(tǒng)，并且輸入量是隨機(jī)的，不可預(yù)知的，主要解決有一定精度的位置跟隨問(wèn)題，如數(shù)控機(jī)床的刀具給進(jìn)和工作臺(tái)的定位控制，工業(yè)機(jī)器人的工作動(dòng)作，導(dǎo)彈制導(dǎo)，火炮瞄準(zhǔn)等。控制技術(shù)的發(fā)展使得隨動(dòng)系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。 位置隨動(dòng)系統(tǒng)是反饋系統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)的給定量是恒值，希望輸出量能恒定。因此系統(tǒng)的

3、抗干擾能力顯得十分重要。兒隨動(dòng)系統(tǒng)中的指令時(shí)經(jīng)常變化的 ，要求輸出量準(zhǔn)確跟隨給定量的變化，輸出響應(yīng)快，準(zhǔn)確性成了位置隨動(dòng)系統(tǒng)的主要特性。13本次課程設(shè)計(jì)是一類隨動(dòng)系統(tǒng)的測(cè)速反饋控制。一類位置隨動(dòng)系統(tǒng)的測(cè)速反饋1.位置隨動(dòng)系統(tǒng)原理1.1 位置隨動(dòng)系統(tǒng)原理圖圖1-1隨動(dòng)系統(tǒng)示意圖 該系統(tǒng)為一自整角機(jī)位置隨動(dòng)系統(tǒng)，用一對(duì)相同的電位器組成的誤差檢測(cè)器，并形成比較電路。發(fā)送自整角機(jī)的轉(zhuǎn)子與給定軸相連：接收自整角機(jī)的轉(zhuǎn)子與負(fù)載軸相連。TX與TR組成角差測(cè)量線路，若發(fā)送自整角機(jī)離開(kāi)平衡位置裝過(guò)角度r，則在接收自整角機(jī)感應(yīng)出一個(gè)偏差電壓Uc，它是一個(gè)振幅為Uem，頻率與發(fā)送自整角機(jī)的交流調(diào)制電壓頻率相同。即U

4、e=Uem·sinwt，正比于r-c。所以Ue=Ker-csinwt。形成的偏振電壓經(jīng)過(guò)放大在交流伺服電機(jī)兩端帶動(dòng)接收自整角機(jī)旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)r=c，以達(dá)到跟隨的目的，為了使系統(tǒng)轉(zhuǎn)速恒定，引入了測(cè)速反饋?？芍猺是輸入，c是輸出。1.2模塊的數(shù)學(xué)模型建立 1.2.1自整角機(jī) 自整角機(jī)是角位移或直線位移轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào)的幅值或相位。自整角機(jī)常作為角位移傳感器被廣泛使用。 在零初始條件下，拉斯變換為 1.2.2功率放大器運(yùn)算放大器具有輸入阻抗大，輸出阻抗小的特點(diǎn)。在一定范圍內(nèi)其輸出電壓與輸入電壓成正比 在零初始條件下，拉氏變換為1.2.3 兩相伺服電機(jī)兩相伺服電機(jī)具有重量輕慣性小加速性好的優(yōu)點(diǎn)

5、 電機(jī)傳遞函數(shù) 1.2.4 直流測(cè)速電機(jī)測(cè)速電機(jī)的輸出電壓與轉(zhuǎn)速成正比，有 于是得到測(cè)速電機(jī)的微分方程 在零初始條件下，拉普拉斯變換 1.2.5 減速器 減速裝置的表達(dá)式 1.2.6系統(tǒng)各部分傳遞函數(shù)1 電橋 2.交流放大器 3.兩相伺服電機(jī) 式中 電機(jī)時(shí)間常數(shù) 電機(jī)傳遞系數(shù)4.直流測(cè)速發(fā)電機(jī) 5.減速器 1.2.7系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖u 圖1-2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1.2.8 信號(hào)流圖1 圖1-3系統(tǒng)信號(hào)流圖1.3 matlab求得傳遞函數(shù)1.3.1傳遞函數(shù)利用matlab帶入?yún)?shù)可以求出開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為 閉環(huán)傳遞函數(shù) 相角裕度為 = 46.9幅值裕度 截止頻率 1.3.2 Bode圖 1.確定積分和微分環(huán)節(jié)個(gè)數(shù)

6、 1個(gè) 2.確定傳遞函數(shù)的結(jié)構(gòu)形式 確定截止頻率轉(zhuǎn)折頻率 3.確定轉(zhuǎn)折點(diǎn)4畫漸近線5.畫相頻曲線 圖1-4矯正前Bode圖1.3.3 Nyquist圖圖1-5矯正前Nyquist圖2.設(shè)計(jì)測(cè)速反饋2.1系統(tǒng)矯正要求隨動(dòng)系統(tǒng)的阻尼比變?yōu)?.75，二階系統(tǒng)的閉環(huán)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)形式 式中 求得 矯正后的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù) 校正后的閉環(huán)傳遞函數(shù) 2.2 階躍反饋曲線 圖2-1校正前后的階躍曲線比較3 malab仿真分析3.1 matlab仿真圖 圖3-1 矯正前matlab仿真圖 圖3-2 校正前的時(shí)域曲線圖3-3 校正后的仿真圖圖3-4校正后的時(shí)域曲線3.2 時(shí)域矯正前后分析校正前 理論計(jì)算 阻尼比 超調(diào)量

7、調(diào)節(jié)時(shí)間 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)超調(diào)量 調(diào)節(jié)時(shí)間 校正后 理論計(jì)算超調(diào)量 調(diào)節(jié)時(shí)間 由以上分析可知:改變測(cè)速電機(jī)的參數(shù)，可以改變系統(tǒng)的調(diào)節(jié)性能，在本實(shí)驗(yàn)中通過(guò)增大測(cè)速電機(jī)的傳遞增益,使得調(diào)節(jié)時(shí)間和超調(diào)量減小?？偨Y(jié)與體會(huì)本次課程設(shè)計(jì)主要分為兩個(gè)部分：隨動(dòng)系統(tǒng)的建模以及傳遞函數(shù)的分析矯正。 在隨動(dòng)系統(tǒng)的建模部分，我剛開(kāi)始感到比較困難，因?yàn)橐郧爸皇欠治鰝鬟f函數(shù)不必建模，對(duì)于這次設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的某些設(shè)備符號(hào)還很陌生，后來(lái)通過(guò)課本和網(wǎng)上相關(guān)資料我漸漸熟悉了建模的步驟并成功的建立了隨動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，求得了傳遞函數(shù)。 在傳遞函數(shù)分析矯正上，由于這個(gè)題目是二階系統(tǒng)，比較簡(jiǎn)單。比較輕松的做完了第二部分 通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到

8、了簡(jiǎn)單系統(tǒng)的建模方法，matlab在自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用，讓我受益匪淺。 參考文獻(xiàn)1 胡壽松 .自動(dòng)控制原理 北京：科學(xué)出版社，20012 黃忠霖 .自動(dòng)控制原理的MATAB實(shí)現(xiàn) 北京：國(guó)防工業(yè)出版社，20073 胡壽松 .自動(dòng)控制原理習(xí)題集 北京：國(guó)防工業(yè)出版社,1990 附錄 部分程序：Ka=50;Ke=3;Kt=0.18;Ra=7.5;La=0.01425;J=0.007;Cm=0.3;Ce=0.3;f=0.2;i=0.1;Tm=Ra*J/(Ra*f+Cm*Ce)Km=Cm/(Ra*f+Cm*Ce)num=Ka*Km*Ke/i;den=Tm,Ka*Km*Kt+1,0;G1=tf(num,den)Gy1=feedback(G1,