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成绩课程设计报告课程设计名称自动控制原理课程设计题目位置随动系统的分析与设计姓名专业学号指导教师2012年12月24日设计任务书引言《自动控制原理》课程设计是该课程的一个重要教学环节,既有别于毕业设计,更不同于课堂教学它主要是培养学生统筹运用自动控制原理课程中所学的理论知识,掌握反馈控制系统的基本理论和基本方法,对工程实际系统进行完整的全面分析和综合1.设计题目位置随动系统的分析与设计二.系统说明该系统结构如下图所示BSTBSR相敏电流功率放大SMuau负载TG减速器nθ1θ2nKε其中放大器增益为Ka=15,电桥增益测速电机增益,Ra=7ΩLa=10mHJ=
0.005kg.m/s2JL=
0.03kg.m/s2fL=
0.08__=1Cm=3f=
0.1Kb=
0.2i=
0.02三.系统参量系统输入__系统输出__四.设计指标
1.在单位斜坡__xt=t作用下,系统的稳态误差;
2.开环截止频率;
3.相位裕度;5.基本要求
1.建立系统数学模型——传递函数;
2.利用频率特性法分析系统1根据要求的稳态品质指标,求系统的开环增益值;2根据求得的值,画出校正前系统的Bode图,并计算出幅值穿越频率、相位裕量以检验性能指标是否满足要求若不满足要求,则进行系统校正
3.利用频域特性法综合系统1画出串联校正结构图,分析并选择串联校正的类型(超前、滞后和滞后-超前校正);2确定校正装置传递函数的参数;3画出校正后的系统的Bode图,并校验系统性能指标若不满足,则重新确定校正装置的参数
4.完成系统综合前后的有源物理模拟电路
6、课程设计报告
1.报告内容(包括课程设计的主要内容、基本原理以及课程设计过程中参数的计算过程和分析过程);1课程设计计算说明书一份;2原系统组成结构原理图一张(自绘);3系统分析,综合用精确Bode图各一张;
(4)系统综合前后的模拟图各一张
2.总结(包括课程设计过程中的学习体会与收获、对本次课程设计的认识等内容);
3.提供参考资料及文献;
4.排版格式完整、报告语句通顺、封面装帧成册摘要随动系统是指系统的输出以一定的精度和速度跟踪输入的自动控制系统,并且输入量是随机的,不可预知的在很多情况下,随动系统特制被控量是机械位移的比还控制系统控制技术的发展,使随动系统得到了广泛的应用位置随动系统是反馈控制系统,是闭环控制,调速系统的给定量是恒值,希望输出量能稳定,因此系统的抗干扰能力往往显得十分重要而位置随动系统中的位置指令是经常变化的,要求输出量准确跟随给定量的变化,输出响应的快速性、灵活性和准确性成了位置随动系统的主要特征简言之,调速系统的动态指标以抗干扰性能为主,随动系统的动态指标以跟随性能为主在控制系统的分析和设计中,首先要建立系统的数学模型控制系统的数学模型是描述系统内部物理量(或变量)之间关系的数学表达式在自动控制理论中,数学模型有多种形式时域中常用的数学模型有微分方程、差分方程和状态方程;复数域中有传递函数、结构图;频域中有频率特性等本次课程设计研究的是位置随动系统的滞后校正,并对其进行分析关键词随动系统;性能分析AbstractServosystemistopointtotheoutputofthesystemwitha__rtaintheprecisionandspeedoftrackinginputoftheauto__ticcontrolsystemandistheinputofrandomunpredictable.In__nycasesservosystemspecialwaschargedwithvolumeismechanicaldispla__mentcontrolsystemthanalso.Controlthedevelopmentoftechnology__keservosystemsh__ebeenwidelyused.Positionservosystemisfeedbackcontrolsystemistheclosed-loopcontrolandspeedregulationsystemforthequantitativevalueisconstantwanttooutputquantitycanstablesotheanti-interferen__abilityofthesystemoftenbecomeveryimportant.Andwiththepositionofthepositionservosysteminstructionsareoftenchangesrequirementoutputaccuratequantitativechangetofollowtheresponseoftheoutputflexibilityandaccuracypositionservosystembecamethe__infeatures.Inshortandthe目录TOC\o1-3\h\z\u一.位置随动系统原理-1-1.1位置随动系统原理框图-1-1.2部分电路图-1-
1.3各部分元件传递函数-3-
1.4位置随动系统的结构框图-4-
1.5位置随动系统的__流图-4-
1.6相关函数的计算-4-二.利用频率特性法分析系统-4-
2.1根据要求的稳态品质指标,求系统的开环增益值-5-
2.3对系统进行__tlab仿真-5-三.加入校正函数后的系统-6-
2.稳定性分析-8-
3.稳态精度分析-9-4.动态性能分析-9-
5.对校正后的系统进行__tlab仿真-9-四.系统综合-10-_Toc312786600五.系统模拟图-10-
1.原系统模拟图-11-
2.校正后的系统模拟图-12-六.总结体会结论-12-
1、设计体会及心得-12-
2、____-13-位置随动系统的分析与设计一.位置随动系统原理1.1位置随动系统原理框图BSTBSR相敏电流功率放大SMuau负载TG减速器nθ1θ2nKε图
1.1位置随动系统原理框图工作原理用一对电位器作为位置检测元件,并形成比较电路两个电位器分别将系统的输入和输出位置__转换成于志成比例的电压__,并作出比较当发送电位器的转角和接受电位器的转角相等时,对应的电压亦相等因而电动机处于静止状态假设是发送电位器的转角按逆时针方向增加一个角度,而接受电位器没有同时旋转这样一个角度,则两者之间将产生角度偏差△θ相应地,产生一个偏差电压,经放大器放大后得到u,供给直流电动机,使其带动负载和接受电位器的动笔一起旋转,直到两角度相等为止,即完成反馈1.2部分电路图
(1)自整角机作为常用的位置检测装置,将角位移或者直线位移转换成模拟电压__的幅值或相位自整角机作为角位移传感器,在位置随动系统中是成对使用的与指令轴相连的是发送机,与系统输出轴相连的是接收机在零初始条件下,拉式变换为
(2)功率放大器在零初始条件下,拉式变换为
(3)两相伺服电动机在零初始条件下,拉式变换为
(4)直流测速电动机在零初始条件下,拉式变换为
(5)减速器在零初始条件下,拉式变换为
1.3各部分元件传递函数
(1)
(1)
(2)
(2)
(3)
(3)
(4)
(4)其中是电动机机电时间常数;是电动机传递系数
(5)
(5)
1.4位置随动系统的结构框图图
1.4结构框图
1.5位置随动系统的__流图图
1.6__流图
1.6相关函数的计算开环传递函数闭环传递函数(二.利用频率特性法分析系统
2.1根据要求的稳态品质指标,求系统的开环增益值;单位斜坡__xt=t拉氏变换系统的稳态误差则
2.2检验性能指标是否满足要求根据求得的值,画出校正前系统的Bode图,并计算出幅值穿越频率、相位裕量以检验性能指标是否满足要求若不满足要求,则进行系统校正开环传递函数=QW=-最小相位惯性环节w=40,斜率减小20dB/dec最小交接频率w=40绘制低频段渐近线特性曲线因为20lgk=20lg=
42.77,则低频段渐近线斜率k=-20dB/dec,通过点(120lg5500/40)=(
142.77)绘制频段w40,k=-40,则系统开环对数幅频渐近曲线
2.3对系统进行__tlab仿真开环传递函数相角裕度增益裕度仿真程序num=5500den=
[1400]sys=tfnumden[__gphasew]=bodenumden[gmpmwcgwcp]=__rgin__gphasew__rginsys由图可知校正前,截止频率;相角裕度;幅值裕度因为由题知.开环截止频率;.相位裕度;所以《则该题需要校正三.加入校正函数后的系统
3.1目的使系统的相角裕度提高10度利用滞后网络进行串联校正的基本原理利用滞后网络的高频__衰减特性,使已校正系统的截止频率下降,从而使系统获得足够的相角裕度串联校正结构图其中各元件依次为滞后校正网络的传递函数形式为令T=滞后网络的传递函数计算步骤如下确定新的因为未校正系统的开环传递函数为=20lg=20lg+(~)=+47+=+Qw=9又根据得出滞后网络的传递函数所以,校正后的开环传递函数为
2.稳定性分析系统闭环特征方程为令Ds=0即由上式可以看出由于该系统是二阶系统,故该系统稳定
3.稳态精度分析由题意可得故,故精度满足要求4.动态性能分析开环截止频率30,故截止频率满足要求;相位裕度,故相位裕度不满足要求
5.对校正后的系统进行__tlab仿真仿真程序num=[
44137.5]den=[
0.
0281.12510]sys=tfnumden[__gphasew]=bodenumden[gmpmwcgwcp]=__rgin__gphasew__rginsys根据波特图,知截止频率;相角裕度;幅值裕度四.系统综合对校正前后装置进行比较校正前,截止频率;相角裕度;幅值裕度对开环传递函数进行串联滞后校正,减小未校正系统中的中、高频幅值,以降低系统截止频率,从而提高相角裕度故得到校正后,截止频率;相角裕度;幅值裕度校正后,系统的相角裕度提高近十度,稳定性变得更好五.系统模拟图
1.原系统模拟图
2.校正后的系统模拟图六.总结体会结论
1、设计体会及心得整个课程设计分为五个部分,随动系统建模、传递函数的求解、校正装置的设计及性能的分析每一部分的完成,都需要我们下一番功夫在随动系统的建模上,经过讨论,分析,仿真找出了符合要求的随动系统模型同时根据课设的初始条件,选择参数,计算传递函数在模型建立好,参数选择合适的前提下,传递函数的计算还是比较简单在设计校正装置,根据题目的要求,求出合理的校正网络的传递函数由于计算的误差,离理论值多少都有些偏差不过还好的是基本符合要求最后就是校正前后的性能比较学会仿真软件又是我要掌握的一项在经过学习,请教后,我能轻松的画出自己想要的图形看着最终的成果,觉得收获颇多
一、对系统原理有更深的理解通过课程设计,掌握了什么是系统原理,系统设计工作的基本过程及其各阶段的基本任务,熟悉了系统设计总流程框图,了解了系统设计的生成过程、构造工具及其相关的技术对课本上的知识有了更深的理解,课本上的知识是机械的,表面的通过把该课程设计的内容,把原来以为很深奥的书本知识变的更为简单,对系统原理有更深的理解
二、对该理论在实践中的应用有深刻的理解通过把该算法的内容,算法的执行顺序在计算机上实现,知道和理解了该理论在计算机中是怎样执行的,对该理论在实践中的应用有深刻的理解
三、激发了学习的积极性通过该课程设计,全面系统的理解了系统设计的一般原理和基本实现方法把死板的课本知识变得生动有趣,激发了学习的积极性把学过的自动控制原理的知识强化,能够把课堂上学的知识通过自己设计表示出来,加深了对理论知识的理解以前对与自动控制系统的认识是模糊的,概念上的,现在通过自己动手做设计,从实践上认识了系统是如何运行的,如何通过计算机协调内部各个部件运行,对计算机集中控制原理的认识更加深刻课程设计比较复杂,在设计时应该仔细
四、理解了该知识点以及学科之间的融合渗透本次课程设计程序综合了本专业的知识和自控知识,其中产生了许多的交集,也给设计带来很大的挑战,在同学们的互相讨论和共同努力下,我们一起完成了此次的课程设计,同时感谢老师对我们的指导
2、对设计的建议学了mtable以后再作这样的设计
3、____
[1]薛强,梁冰,刘建军,刘晓丽.矸石山渗滤液在地下水系统中运移的仿真分析[J].系统仿真学报,2004162:356-
359.
[2]金忠青N-S方程的数值解和紊流模型[M]南京河海大学出版社,19__
[3]胡寿松.自动控制原理(第五版),科学出版社
[4]陈哲.现代控制理论基础北京冶金工业出版社
[5]薛定宇反馈控制系统设计与分析——__TLAB语言应用,清华大学出版社图
1.
2.1自整角机uu_图
1.
2.2放大器图
1.
2.3两相伺服电动机图
1.
2.4直流测速电动机图
1.
2.5减速器——。