6卷紙張力控制系統(tǒng)

1、指導教師評定成績：審定成績：重慶郵電大學自動化學院自動限制原理課程設計報告設計題目：卷紙張力限制系統(tǒng)單位二級學院：學生姓名：專業(yè)：班級：學號：指導教師：設計時間：重慶郵電大學自動化學院制一、設計題目二、設計報告正文摘要關鍵詞一、卷紙張力限制系統(tǒng)原理二、限制過程分析三、系統(tǒng)的時域分析與頻域分析四、系統(tǒng)校正三、設計總結四、參考文獻設計題目在造紙廠的卷紙過程中,卷開軸和卷進軸之間的紙張張力采用下列圖所示的卷紙張力限制 系統(tǒng)進行限制,以保持張力 F根本恒定.卷開軸Vi(t)&vo(t) 卷進軸要求：(1) 查閱相關資料,分析系統(tǒng)的工作原理,指出被控對象、被控量和給定量,畫出系統(tǒng) 方框圖.(2)

2、 分析系統(tǒng)每個環(huán)節(jié)的輸入輸出關系,代入相關參數(shù)求取系統(tǒng)傳遞函數(shù).(3 ) 分析系統(tǒng)時域性能和頻域性能.(4) 運用根軌跡法或頻率法校正系統(tǒng),使之滿足給定性能指標要求.：Tm=0.35 Tn=3 k1 =2 k2 = 2 km =1kn = 3反應系數(shù)：- =1要求：8c之4, %之40設計報告正文摘要:關鍵詞:一、卷紙張力限制系統(tǒng)原理系統(tǒng)工作原理：在造紙廠的卷紙過程中,當紙張不斷地從卷開軸向卷進軸運動時,線速度就 會下降,從而紙張承受的張力會相應的減小. 為保證張力的根本恒定,必須調整 電機的轉速.圖1-1所示的限制系統(tǒng)中,采用三個滑輪和一個彈簧組成的張力測量器來 測量紙上的張力.將測量的實際

3、張力與預設張力進行比擬,經(jīng)放大器放大后得到 電機的輸入電壓.通過電壓的變化來調節(jié)電機的轉速, 進而調節(jié)卷開軸向卷進軸 運行的線速度.最終,使紙張的張力保持根本恒定.電機-被控對象預設弓K力-系統(tǒng)給定量實際張力-系統(tǒng)限制量通過對系統(tǒng)的分析,可得卷紙張力限制系統(tǒng)的方框圖如圖1-2所示圖1-2卷紙張力閉環(huán)限制系統(tǒng)方框圖(二)、限制過程分析1、各個環(huán)節(jié)的傳遞關系如下：Fi(1)、實際測得的張力與預設張力進行比擬后, 經(jīng)過放大器放大作為電機的 輸入電壓.KiF2比擬裝置(2)、放大器的輸出電壓作為電機的輸入電壓對電機進行調速限制.Km電機(3)、電機的轉速與卷進軸的轉速相同,所以電機的轉速與紙張的線速度

4、 成線性關系.K2卷進軸(4)、由三個滑輪和一個彈簧秤組成的測力系統(tǒng)對紙張的張力進行測量Kh乃囪+ 1張力測量系統(tǒng)(5)、將測得的張力反應到比擬裝置與預設張力進行比擬.反應2、系統(tǒng)的結構框圖由系統(tǒng)的結構框圖可以求函數(shù)為得,系統(tǒng)的開環(huán)傳遞:G0 s =KRKmKnTmS 1 TnS 1閉環(huán)傳遞函數(shù):C .Ki-KnGc S 一TmS1TnS1KiKmKn(三)、系統(tǒng)的時域分析與頻域分析1、時域分析(1)、動態(tài)性能分析由系統(tǒng)的傳遞函數(shù)可得On=3.51871系統(tǒng)的單位階躍響應如下列圖所示系統(tǒng)各時域參數(shù)為:,1 0.7td 二tp1nts3.5- 'nh tp -h 二 p 100%所以系統(tǒng)

5、的動態(tài)穩(wěn)定性能指標:- -d -3.1363td =0.3744str=0.6509stp =1.0017sts =2.7582s二 a =20.23%(2)、穩(wěn)態(tài)性能分析穩(wěn)態(tài)誤差是描述系統(tǒng)穩(wěn)定性能的一種性能指標,在階躍信號、斜坡信號作用下進行測定和計算.假設在時間是無窮時,系統(tǒng)輸出量不等于輸入量或輸入量確實定函數(shù),那么存在系統(tǒng)誤差.穩(wěn)態(tài)誤差是系統(tǒng)限制精度或抗干擾動水平的一種度量. 由于該系統(tǒng)是零型系統(tǒng),所以對階躍信號來說是有差跟蹤,對單位脈沖信號和其他信號存在穩(wěn)態(tài)誤差.1 lim G s H s可知:G0j 10.35j ' 1 3j ' 1對階躍信號是有?二='=

6、1 K 13對其他信號有?二二二2、頻域分析開環(huán)傳遞函數(shù),知道它的頻率 G0j的表達式如下: j ,12系統(tǒng)的波特圖如下圖:Bode DiagramGm » Inf d日(at Inf rsd/g：ec) Pm = 52,1 deg (at 2.82 redt/sec41口I ! I I ! I I I II I I I I I I I! I I I ! I I I!-2T口1210101010101_ _ _ _ _ _ _ _I JI_ _ _ .由波特圖知,截止頻率 coc = 2.8248rad /s；相角裕度¥ = 37.05540 ;幅值裕度為收dB.四、系統(tǒng)校

7、正1、做原系統(tǒng)的波德圖Bode DiagramGm = Inf dB (st Ini rad/sec) , Pm = 52.1 deg (at 2.82 radl/sec)o o o o o o O4 2 2 4 6- - ® eprifU 富 w410-101由圖可知,截止頻率 8c = 2.8248rad /s;相角裕度y=37.0554均略小于所要求的值,所以可以采用超前校正2、計算需補償?shù)南辔怀敖侵衜；m = c - co (5： 20；)40° -37.055°2003、計算衰減率a1 - s i nm a =1 s i nm:=0.444、確定新的開

8、環(huán)截止頻率0c如圖所小1 14:Lo()1 20lg ot1_1 -20lg1/a220lg1Z：+1Lc()Lo( c)c =4.15 c11-20lg - = -3.6db5、確定兩轉折頻率叫,切2 °0dB 1001 -220lg1Z：.29)L0()1- c =6.266、Kc7、補償增益1=2.27Ot校正后的開環(huán)頻率特性L( ') =Lo( )Lc( )121 0.36sG(s) =Gc(s) Go(s)二Kc 二1 0.16s 0.35s 1 (3s 1)8、校驗計算結果c =4.21 4c:c =arctan0.36 c -arctan0.16 c -arctan3 c -arctan0.35a c cccccc = -136.28c =180： c =180° -136.28c = 43.72>40c所以校正后的系統(tǒng)滿足給定要求.校正后的波德圖如下圖：Bode DiagramGm = Inf d0 (at Inf rwd息ecj , Pm = 667 deg (srt 3.53 rdf