文档介绍：本科生课程设计(报告)
题目:
自动控制原理课程设计
机械手终端执行器微机控制
姓名:
王文栋夏小成
学院:
工学院
专业:
农业电气化与自动化
班级:
电气82、83班
学号:
3218303 3218217
指导教师:
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****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:
克服摩擦力矩
电压变电流放大倍数
电流变力矩放大倍数
传感器变换系数
所夹容器的最大直径
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: ,,精度
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,,。
(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:
其中:J 为转动惯量;
为电动机转子角速度
电动机输出电磁转矩
摩擦转矩
R电机驱动轮半径
又因为:;为转子角位移
则: 以及:y=
对以上两式去拉氏变换
可以得到
代入数据可得:
加速度
第三个阶段需要用闭环控制,增加反馈环节,由传感器参数可得计算得。由于原系统的传递函数为,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,因此我们选用PID校正。PID控制器的数学模型,其中、、分别为需要确定的积分、微分、比例常数。
参数计算:
第一阶段:加速阶段
由
得:,, 输入信号电压V
第二阶段:减速阶段
由
得,, 输入信号电压V=-
第三阶段加入控制器后所得闭环传递函数为: 把代入
(1) 可得闭环特征方程为:
由可得
再由可得可取
再由=,可取主导极点s1=-+ ,s2=--
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++)*(s+-)=0
将方程(2)展开和方程(1)进行比较,可得
, ,;
所以控制器:=++; 代入控制结构框图中
可得校正后的开环控制方程:G1(s)=(+2.