畢業(yè)設(shè)計(jì)-基于matlab軟件的控制系統(tǒng)仿真比傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析(編輯修改稿)
2025-01-06 19:10 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 動(dòng)，此時(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了輸出量 Y(t)對輸入量 X（ t） 的復(fù)現(xiàn)。當(dāng) X（ t） 隨時(shí)間變化時(shí)， Y(t)就跟著 X（ t） 作同樣變化，這種現(xiàn)象就稱為隨動(dòng)。 隨著機(jī)電產(chǎn)品及電子元件的不斷發(fā)展與完善，圖中各環(huán)節(jié)均可采用多種不同的元器件來實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)將組成系統(tǒng)的元部件按職能分類主要有 以 下幾種。 測量元件：是用來檢測被控制對象的物理量，如果這個(gè)物理量 是非電量，一般要轉(zhuǎn)換為電量。如電位器、旋轉(zhuǎn)變壓器或自整角機(jī)用于檢測角度轉(zhuǎn)換成電壓；熱電偶用于檢測溫度轉(zhuǎn)換成電壓；測速發(fā)電機(jī)用于檢測電動(dòng)機(jī)的速度轉(zhuǎn)換成電壓。而光電脈沖發(fā)生器作為位置與度的檢測元件應(yīng)用在微機(jī)位置控制系統(tǒng)及微機(jī)速度控制系統(tǒng)中。 放大元件：其職能是將偏差信號進(jìn)行放大，用來推動(dòng)執(zhí)行電機(jī)去控制被控對象?？捎镁w管、晶閘管、集成電路等組成的電壓放大級和功率放大級將偏差信號放大。 執(zhí)行元件：其職能是直接推動(dòng)被控對象，使其被控量發(fā)生變化。用來作為執(zhí)行元件的有電動(dòng)機(jī)等。 測量元件小信號放大器功率放大器執(zhí)行電機(jī) 減速器 對象e ( t )+X ( t )Y ( t )第 2 章 系統(tǒng)的構(gòu)成及原理 5 減速器：其職能是實(shí)現(xiàn)執(zhí)行元件與負(fù)載之間的 匹配。由于執(zhí)行元件常為高轉(zhuǎn)速、小轉(zhuǎn)矩的電動(dòng)機(jī)，而負(fù)載通常均為低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩，所以在執(zhí)行元件到負(fù)載之間需要引入減速器以達(dá)到兩者之間的匹配，減速器為一齒輪組 [3]。 系統(tǒng)組成部分 （ 1）自整角機(jī)組 DI— 44 和 SS— 405；（ 2）相敏整流和濾波電路；（ 3）電壓及功率放大器；（ 4）直流伺服電動(dòng) 機(jī) SD— 15；（ 5）直流測速發(fā)電機(jī) ZCF— 211A；（ 6）減速器。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 2— 2 圖 2— 2 系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 該系統(tǒng)是按偏差原理進(jìn)行工作的。兩個(gè)自整角機(jī)接成變壓器工作狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)處在協(xié)調(diào)位置（ θ1=θ2 ）時(shí) ,自整角機(jī)變壓器無輸出電壓。當(dāng)系統(tǒng)存在失調(diào)角 δ（ δ=θ1 θ2 ）時(shí)，接收機(jī) KB 的輸出繞組就有電壓輸出，該電壓經(jīng)輸入變壓器加到全波相敏整流器上，其輸出是脈動(dòng)成分較大的直流信號，經(jīng)低通濾波器消除高次諧波，得到正比于失調(diào)角的直流有效信號，該直流信號經(jīng)電壓放大器放大后，同時(shí)加到同相器 TX 的同相輸入端和反相器 FX 的反相輸入端，經(jīng)觸發(fā)器線路 CF1 和 CF2產(chǎn)生觸發(fā)脈沖去觸發(fā)可控硅，由可控硅功率放大器的輸出來控制伺服 電動(dòng)機(jī) SD—15， 經(jīng)過減速器 I 除帶動(dòng)負(fù)載外，同時(shí)帶動(dòng) KB 的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，直至 KB 跟上 KF 的轉(zhuǎn)110 VKF KBCF 1CF 2UiSDiS C R 1S C R 2～相敏整流+8 FC 21++TXFXK = 1K = 1CF CF 1CF 2河北師范大學(xué)職技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 角，即 θ1=θ2 ，系統(tǒng)達(dá)到新的協(xié)調(diào)位置。 系統(tǒng)中還采用了測速發(fā)電機(jī)負(fù)反饋，以提高系統(tǒng)的快速性和穩(wěn)定 性 。第 3章 數(shù)學(xué)模型 7 第 3 章 數(shù)學(xué)模型 系統(tǒng)原理圖 系統(tǒng)原理圖如圖 3— 1 圖 3— 1 系統(tǒng)原理圖 系統(tǒng) 各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù) 傳遞 函數(shù)：在初始條件為零時(shí)，線 性 定常系統(tǒng)或元件輸出信號的拉 氏 變換式 Y(s)與輸入信號的拉 氏 變換式 X（ s）之比 ,稱為該系統(tǒng)或元件的傳遞函數(shù)，通常 傳遞函數(shù)可用 ()SG 表示，即 ( ) ( ) ( )S S SG Y X? 自整角機(jī) 它可看成一個(gè)比例環(huán)節(jié)。 一般有： ?sin12 mUU ? 其中 21 ??? ?? — 系統(tǒng)角偏差 ， ?? 901 ?—mU 時(shí) 同步變壓器轉(zhuǎn)子的最大輸出。當(dāng)偏差角 ? 較小時(shí) , ???sin ,令mUK 11? ,則 ?11 KU ? ,對上式兩邊進(jìn)行拉氏變換 ,求得傳遞函數(shù)為： G1(s)= 2( ) ( )U s s? =K1, K1= 相敏整流器和低通濾波器 在相敏整流器的輸出端并聯(lián)著濾波電容，以濾去輸出信號的高 次諧波，所以相敏整流器和低通濾波器可視為慣性環(huán)節(jié) 。 其傳遞函數(shù)為 ： G2(s)= 211K TS? , T1=, K2= 電壓放大器 電壓放大器是一個(gè)比例環(huán)節(jié)，所以其傳 遞 函 數(shù) 為： G3(s)= ( ) ( )OU s Ui s =K3, K3=1 可控硅放大器 當(dāng)可控硅工作在單相整流時(shí)延遲時(shí)間較?。? 秒），故可認(rèn)為是比例環(huán)節(jié) .其傳遞 函 數(shù) 為： G4(s)=Kscr, Kscr= 測速發(fā)電機(jī) 直流測速發(fā)電機(jī)作為反饋元件 將轉(zhuǎn)速測出，其輸出電壓反饋到放大器輸入端，與給定電壓比較。 測速發(fā)電機(jī) ZCF— 221A(ZCF16)的參考數(shù)據(jù)為：電樞電壓 51177。 ，電流 ，轉(zhuǎn)速 2400r/min，負(fù)載電阻 2021? 。 其傳 遞 函 數(shù) 為： G5(s)= ( ) ( )Us ns =Kf, Kf=， H（ s） = +自整角機(jī)濾波器功率放大伺服電機(jī)相敏整流電壓放大測速電機(jī)減速器+河北師范大學(xué)職技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 減速器 實(shí)現(xiàn)電機(jī)與負(fù)載之間的匹配。它的工作原理就是利用各級齒輪傳動(dòng)來達(dá)到降速的目的 .其傳遞函數(shù)為： G6(s)=1si , i=— 為傳動(dòng)比 直流伺服電動(dòng)機(jī) 其傳遞函數(shù)為： G7(s)= 2(1 ) ( 1)T s m mK T T s T s?? ，其中 Ts— 電磁時(shí)間常數(shù)， Tm—機(jī)電時(shí)間常數(shù)，一般 Ts〈〈 Tm，故可忽略 Ts， 所以化簡后傳遞函數(shù)為：G7(s)= 7 ( 1)mK T s? ， K7=， Tm= 數(shù)學(xué)模型及傳 遞 函 數(shù) 由隨動(dòng)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)組合可得 系統(tǒng) 數(shù)學(xué)模型如圖 3— 2 ++)(1 sG )(2 sG )(3 sG )(4 sG )(5 sG )(6 sG )(7 sG 圖 3— 2 系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 當(dāng)未加校正時(shí)，測速反饋也不存在 時(shí) ， 該 系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為： 323 8 7 . 6 3 8 7 . 6() ( 1 0 . 7 5 ) ( 1 0 . 0 0 7 3 5 ) 0 . 0 0 5 5 1 0 . 7 5 7 3 5OGS s s s S S S??? ? ? ? (31) 由此 可得 閉環(huán)傳遞函數(shù)為： 32() 38 () 1 ( ) 05 51 57 35 38 OGSs G S S S S? ? ?? ? ? ? (32) 系統(tǒng)穩(wěn)定性判別及系統(tǒng)校正 對控制系統(tǒng)的基本要求一般可歸納為：穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性（穩(wěn)態(tài)精度）和快速性，簡單說就 是穩(wěn)、快、準(zhǔn)。這三方面要求又有許多具體的性能指標(biāo)來體現(xiàn) 。常用的時(shí)域指標(biāo)有超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間等，頻域指標(biāo)有頻帶、截止頻率、穩(wěn)定裕度等但所有這些指標(biāo)必須以穩(wěn)定性為前提。這是因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中，總會受到外界和內(nèi)部的一些干擾因素的影響，一個(gè)不穩(wěn)定的系統(tǒng)，當(dāng)它受到內(nèi)部或外界擾 動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)中各物理量偏離其原平衡工作點(diǎn)，并隨時(shí)間推移而發(fā)散。即使在擾動(dòng)消失后，也不能恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài)。因此 穩(wěn)定性 是控制 系統(tǒng)的重要性能指標(biāo)之一 ，也是系統(tǒng)能正常工作的首要條件。分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性并保證系統(tǒng)穩(wěn)定的措
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