最新自動控制原理課程設(shè)計火炮跟蹤隨動控制系統(tǒng)精品(編輯修改稿)
2025-07-21 02:07 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 從系統(tǒng)方框圖可以看出,本系統(tǒng)為閉環(huán)雙反饋系統(tǒng),其中內(nèi)反饋為測速負(fù)反饋,外反饋為單位負(fù)反饋。運用有關(guān)定理,求得開環(huán)傳遞函數(shù)如下： 火炮系統(tǒng)的工作過程自動控制過程分析（工作原理）:(1) 隨動系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，此時有q1=q2=0，偏差電壓u=0，ua=0，執(zhí)行電機(jī)不動，火炮也不動。此平衡狀態(tài)下對應(yīng)的偏差等于零。(2) 若自整角機(jī)發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子順時針轉(zhuǎn)過一角度，例如10度，此時角差=10度，u及ua不等于零，ua極性決定電機(jī)（接收機(jī)）旋轉(zhuǎn)方向。電機(jī)將帶動火炮轉(zhuǎn)過10度，與電機(jī)軸相固聯(lián)的接收機(jī)轉(zhuǎn)子也轉(zhuǎn)過10度，使角差再次等于零，則u=ua=0，則火返航炮停止轉(zhuǎn)動。(3) 若自整角機(jī)發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子連續(xù)轉(zhuǎn)動，則火炮也跟著發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子按相同方向連續(xù)轉(zhuǎn)動。這樣就可實現(xiàn)火炮的自動跟蹤。此時角差、u、ua均不等于零。 性能指標(biāo)的確定火炮系統(tǒng)應(yīng)具有良好的快速性及穩(wěn)定性。穩(wěn)定性決定能否實現(xiàn)跟蹤目標(biāo)，快速性決定跟蹤目標(biāo)的反應(yīng)能力。性能指標(biāo)確定如下：（1）調(diào)節(jié)時間：ts≤；（2）超調(diào)量： σ%≤30%；（3）速度穩(wěn)態(tài)誤差：二 控制系統(tǒng)的方案和主要元部件的選擇 系統(tǒng)的方案 火炮系統(tǒng)的工作過程進(jìn)行分析,建立數(shù)學(xué)模型,得到理論的傳遞函數(shù)。.在投入實際生產(chǎn)之前,還需要考慮各方面的因素,如元部件的選擇,系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析,動態(tài)性能的要求,及各項指標(biāo)的確定。 元部件的選擇（1）電位器的選擇 需要選擇一對電位器,一個作為輸入,一個作為反饋,由于火炮的轉(zhuǎn)動方位要求全面,因此,電位器的最大偏轉(zhuǎn)角度應(yīng)接近于180度,才能有廣闊的視野。電位器的傳遞系數(shù)應(yīng)足夠大,才能保證角度的轉(zhuǎn)換精度。=30V/360度=（2） 運算放大器的選擇 運算放大器的放大倍數(shù)需配合電位器的輸入的極值,避免非線性失真,導(dǎo)致跟蹤不準(zhǔn)確。并且要求運放的溫漂低。運放I的參數(shù)用于調(diào)節(jié)開環(huán)放大倍數(shù),運放II的K設(shè)定為1,時間常數(shù)T=RC=。（3） 功率放大器的選擇 功率放大器的直流放大倍數(shù)恒定,保證要使功放穩(wěn)步驅(qū)動后級電動機(jī),=220/7=。（4） 直流電動機(jī)的選擇 直流伺服電動機(jī)選擇合適的額定電壓U=220V,充分考慮帶負(fù)載能力,選擇電動機(jī),使得=1, =10。（5）測速發(fā)電機(jī)的選擇 與直流電動機(jī)配對使用,參數(shù)的范圍略大于電動機(jī)的配置,留有一定的裕量。（6）有關(guān)電阻電容的選擇 ,并且穩(wěn)定性好,溫漂小。三 開環(huán)增益選擇和靜態(tài)誤差計算 在選定好系統(tǒng)的基本元件,確定不變的參數(shù)后,需要運用控制理論對系統(tǒng)的傳遞函數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)的分析。代入相關(guān)的參數(shù)值,得到代數(shù)式: 系統(tǒng)無測速反饋當(dāng)測速反饋為零時,即=0,此時系統(tǒng)的開環(huán)傳函變?yōu)榱?可以得到開環(huán)根軌跡傳遞函數(shù)為此時系統(tǒng)包含三個特征根，系統(tǒng)的第二個特征根過于靠近虛軸，當(dāng)改變開環(huán)傳函放大倍數(shù)時，容易引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。因此，需要引入測速反饋改變根的分布位置。由于該系數(shù)只影響兩根的距離，兩根之和始終保持不變，選擇合適的根位置，可以得到良好的動態(tài)性能。 系統(tǒng)加入測速反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳函為：經(jīng)過試探，可以得知，當(dāng)增大的取值時，系統(tǒng)的兩個復(fù)數(shù)極點的實部保持不變，因此，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間較大，而虛部隨之增大，阻尼角度變大，阻尼比變小，系統(tǒng)的超調(diào)量呈現(xiàn)增大的趨勢。 現(xiàn)在取，此時＝160，＝，進(jìn)行模擬。代入＝，得到系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 （1）其中，分子分母同除以160，把上式化成開環(huán)放大倍數(shù)為參數(shù)的傳遞函數(shù)表達(dá)式為： （2） 勞斯判據(jù)分析對（1）式求出特征方程為：運用勞斯判據(jù)： 表31穩(wěn)定性判別1260264160－00得到系統(tǒng)穩(wěn)定的開環(huán)根軌跡增益的范圍： 根軌跡分析運行MATLAB軟件，建立文件，編寫程序如下num=[1]。den=[1 26 160 0]。rlocus(num,den)圖3－1 根軌跡曲線從圖中結(jié)合表達(dá)式可以看出：(1) 系統(tǒng)包含三個極點，無零點。(2) 當(dāng)，系統(tǒng)處于過阻尼情況，無超調(diào)，穩(wěn)定。(3) 當(dāng)＝288時，系統(tǒng)處于臨界阻尼情況，無超調(diào)，穩(wěn)定。(4) 當(dāng)，系統(tǒng)處于欠阻尼情況，振蕩且穩(wěn)定。(5) 當(dāng)＝4160時，系統(tǒng)處于無阻尼情況，臨界振蕩，不
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