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位置隨動系統的原理的分析課程的設計.doc 17頁

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一、設計題目及要求 一個位置隨動系統如圖所示(ksm3) 其中,自整角機、相敏放大,可控硅功率放大,執行電機,減速器。 1、畫出未校正系統的Bode圖,分析系統是否穩定。 2、對系統進行超前-滯后串聯校正。要求校正后的系統滿足指標: (1)幅值穩定裕度Gm>18,相角穩定裕度Pm>35o (2)系統對階躍響應的超調量Mp<36%,調節時間Ts <0.3秒。 (3)系統的跟蹤誤差Es<0.002。 3、計算校正后系統的剪切頻率Wcp和((穿頻率Wcs 4、給出校正裝置的傳遞函數。 5、在SIMULINK中建立系統的仿真模型,在前向通道中分別接入飽和非線性環節和回環非線性環節,觀察分析非線性環節對系統性能的影響。 6、應用所學的知識分析校正器對系統性能的影響。 二、 位置隨動系統的原理分析 2.1位置隨動系統工作的基本原理 位置隨動系統的基本原理圖如下圖1-1所示: 圖1-1 位置隨動系統的原理圖 位置隨動系統工作原理: 位置隨動系統通常由測量元件、放大元件、伺服電動機、測速發電機、齒輪系以及繩輪等基本環節組成,它通常采用負反饋控制原理進行工作,其原理圖如圖1-1所示。 在圖1-1中,測量元件為由電位器Rr 和Rc組成的橋式測量電路。負載就固定在電位器Rc的滑臂上,因此電位器Rc的輸出電壓Uc和輸出位移成正比。當輸入位移變化時,在電橋的兩端得到偏差電壓ΔU=Ur-Uc,經放大器放大后驅動伺服電機,并通過齒輪系帶動負載移動,使偏差減小。當偏差ΔU=0時,電動機停止轉動,負載停止移動。此時δ=δL,表明輸出位移與輸入位移相對應。測速發電機反饋與電動機速度成正比,用以增加阻尼,改善系統性能。 2.2位置隨動系統的基本組成環節 2.2.1 自整角機 作為常用的位置檢測裝置,將角位移或者直線位移轉換成模擬電壓信號的幅值或相位。自整角機作為角位移傳感器,在位置隨動系統中是成對使用的。與指令軸相連的是發送機,與系統輸出軸相連的是接收機。 (1-1) 這里。在零初始條件下,對上式求其拉普拉斯變換,可求得電位器的傳遞函數。則其傳遞函數如下式所示: (1-2) 2.2.2減速器 (1-9) 拉普拉斯變換為: (1-10) 傳遞函數 (1-11) 式中i為減速比。 由此可得到系統方框圖如下1-6所示: 減速器 一個位置隨動系統如圖所示(ksm3) 三、校正前的博德圖 3.1開環系統的博德圖 (1)、位置隨動系統的開環傳遞函數為: G0(S)=G1(S)·G2·(S)·G3·(S)·G4(S) = =599.5 比例環節 慣性環節 振蕩環節 積分環節 、在對數幅頻特性上能找到橫坐標=1,縱坐標一點a,過點a作斜率為-20的斜線,此斜線為比例環節和積分環節疊加的結果。 計算出各環節轉折頻率=,c1=,c2=,c3= 將它們由小到大的順序排列,在對數幅頻特性圖上,按下列原則一次改變系統L()的斜率: 若過慣性環節的轉折頻率,斜率減去; 若過比例積分環節的轉折頻率,斜率加上; 若過振蕩環節的轉折頻率,斜率減去; 若過二階微分環節的轉折頻率,斜率減去。 對數幅頻特性如圖(1)所示, L()/dB 80 60 40 20 0 1 13 143 599 /(rad·s-1) -20 -40 -60 -80 3.2 用MATLAB軟件做出的系統校正前的博德圖如圖所示 模擬程序如下: Z=[5995000]; P=[0,-142.8,-598.8,-134.9,-9.52];k=886.02; h=zpk(z,p,k); bode(h); grid 運行結果如下圖所示: 原系統的Bode圖 對系統進行分如下: a確定各交接頻率w及斜率變化值 最小相位慣性環節: =1, 斜率減小20db/dec; 最小相位慣性環節:=1/0.01 斜率減小20db/dec; 最小交接頻率:=1 b繪制頻段(<)漸進特性曲線。 有20㏒(20/w)講w=0.1帶入,得知過點(0.1,20㏒200),斜率為-20de/dec. C繪制頻段(W≧Wmin)漸進特性曲線

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