2020-03-03 11:22:18 来源:范文大全收藏下载本文
本科生课程设计(报告)
题
目: 姓
名: 学
院: 专
业: 班
级: 学
号: 指导教师:
自动控制原理课程设计
机械手终端执行器微机控制
王文栋
夏小成
工学院
农业电气化与自动化
电气8
2、83班
3218303 3218217
李玉民
林相泽
2010年 12月 15日 南京农业大学教务处制
自动控制实习报告
一 课程设计目的:
针对具体的设计对象,对象参数进行数学建模,运用经典控制理论知识设计控制器,并运用Matlab进行仿真分析。通过本课程设计,建立理论知识与褓对象之间的联系,加深和巩固所学的控制理论知识,增加工程实践能力。
二 课程题目:机械手终端执行器微机控制
控制设计对象结构示意图:
机构参数:
2 克服摩擦力矩M 2 x 10Nmf
电压变电流放大倍数K 1A/VI
电流变力矩放大倍数K 0.5NmT
传感器变换系数K 0.83V0
所夹容器的最大直径D 0.2mmax
弹性衬垫的压缩量为(5mm~8mm) 时可压紧容器又不至于损坏容器,期望压缩量
为6mm
最终性能要求: ,ts,精度 %15%1.5%0.1mm三 问题理论分析:
1、控制过程分析:
系统运动分为三个阶段:
(1)加速阶段,初始位置为夹钳最大开度0.2m,加速时间为0.5s。
(2)减速阶段,起始时为夹钳接触玻璃容器开始,减速最大行程为5mm,以上两个
阶段采用开环控制,以提高响应速度。
(3)夹紧阶段,减速阶段完成后,这时传感器开始有输出,起始位置为减速结束的位、
置。
2、控制系统模型分析:
前两个阶段用开环控制,先求系统传递函数,根据电动机输出转矩与电动机转子角速度之间的关系有:
dwMMf dt2Rm2
4 其中:J 为转动惯量;J rdrd3.125X10200R
为电动机转子角速度
M电动机输出电磁转矩
J
Mf摩擦转矩
R电机驱动轮半径
d2
又因为:;为转子角位移
dt2d2J2MMf
则:dt 以及:y=R
2Js(s)M(s)Ms)f(
对以上两式去拉氏变换 Y(s)(s)R
可以得到Y(s)M(s)Ms)f( R2Js
G(s)Y(s)R2
M(s)Ms)Jsf(代入数据可得:G(s)80 2s22MMdydf加速度 a 2RR80MMf2dtdtJ
第三个阶段需要用闭环控制,增加反馈环节H(s),由传感器参数可得计算得H(s)。由于原系统的传830递函数为G(s)80,可知系统临界稳定,因此我们要加入一个闭环控制器,其目的是为了增大系统阻尼比,2sKIKDSKP,其中KI、KD、KP分别为需要确S因此我们选用PID校正。PID控制器的数学模型Gc(S)定的积分、微分、比例常数。
3、参数计算:
第一阶段:加速阶段
12a1t0.1由2 a180(MMf)20.03Nm
得:a,
输入信号电压V.8m/s,M10
第二阶段:减速阶段
M0.06V KIKT
12a2t0.005由2 v2v22as02t
2 得a,
输入信号电压V=-0.36V 0.18Nm16m/s,M2
第三阶段加入控制器后所得闭环传递函数为:(s)Gc(s)KIKTG(s)Y(s)
把R(s)1Gc(s)KIKTG(s)H(s)Gc(S) KIKDSKP代入 S (1) 可得闭环特征方程为:s333200KDs23200KIs33200kI0
由%e
再由ts21
可得0.517 X100%15%4n5.1581.
5可得wn2.7
可取wn3.6 n
再由=0.517,可取主导极点s1=-3.6+j4.8 ,s2=-3.6-j4.8 由闭环特征方程(1)可知,方程有三个极点,为了不改变主导极点的主导特性,且保证它的绝对主导性,使系统的稳定性能较好,超调量小,调整时间小,所以
一般取极点到虚轴的距离为主导极点到虚轴距离的5倍以上,可取s3=300., 可得闭环特征方程:(2),(s-300)*(s+3.6+j4.8)*(s+3.6-j4.8)=0 将方程(2)展开和方程(1)进行比较,可得
I0.326
,P0.066
,D0.00093; Gc(S)KIKDSKP=0.326/S+0.00093S+0.066; 代入控制结构框图中 S23所以控制器
:可得校正后的开环控制方程:G1(s)=(0.0372s+2.64s+13.04)/s
4、建立系统传递函数动态结构图:
有以上分析该系统分为三个阶段,加速阶段、减速阶段和控制阶段,其中为了达到快速控制的目的,前两个阶段采用开环控制,第三个阶段采用闭环控制。Simulink仿真图如下:
四 仿真图结构图
结
构
仿
真
图
五 系统开环控制的Bode图:
校正前的开环控制Bode图:G(S)=40/(s*s)
Bode Diagram35302520Magnitude (dB)Phase (deg)151050-5-10-179-179.5-180-180.5-181100Frequency (rad/sec)101
校正后的开环控制Bode图:G1(S)=(0.0372*s*s+2.64s+13.04)/(s*s)
Bode Diagram100
50Magnitude (dB)Phase (deg)0-50-100-150-90-135-180-225-27010-1100101Frequency (rad/sec)102103104
六 程序
校正前:40/(s*s) num=[40 ]; den=[1 0 0]; bode(num,den) grid
校正后:(0.0372s2+2.64s+13.04)/s3
>> num=[0.0372 2.64 13.04]; >> den=[1 0 0 0]; bode(num,den) grid
七
实习心得:
此次实习刚开始,由于刚开始对MATLAB这个软件工具不怎么熟悉,所以导致周一一整天都在熟悉这个软件,其他同学已经在思考怎么去实现想要的结果,在一开始就比别人慢了一步,但我和组员没有灰心,我们认真积极思考,最后还是有了一个整体的思路,顺利完成了实习任务,得到了想要的数据结果。
这次实习我们学到了很多新知识,那就是MATLAB跟PID校正。对于MATLAB,在以前的课程中曾经涉及,但我们都是跳过不讲的,这是首次用此软件。至于PID校正呢,我们根据书上讲的来实际操作。
我们从实验中对所学的知识加深了理解和巩固,也学会了Matlab的一些基本运用,知道了如何用MATLAB来显示输出响应曲线,以及如何用MATLAB来显示Bode图,如何用PD控制来改善系统性能。这次实习,让我们知道了如何将自己所学的理论知识和实践运用相结合,怎么分析和解决实际的工程问题。
通过这次实验,我发现我的自控原理有的地方学的还不够扎实,导致 在实习的过程中,碰到了一些简单的问题,自己都不能解决,还要去翻阅书本,我觉得这是我的不足,要想有好的实践能力,必须要掌握好理论知识,在今后的学习过程中,我要注意这方面能力的培养,将理论与实践相结合,真正做到学以致用。
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