自動(dòng)控制原理課程設(shè)計(jì)---自動(dòng)平衡秤控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　自動(dòng)平衡秤控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　一、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求</p><p>　　自動(dòng)平衡秤能自動(dòng)完成稱(chēng)重操作，稱(chēng)重時(shí)，由下面一個(gè)電動(dòng)反饋環(huán)節(jié)控制其自動(dòng)平衡。平衡秤系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)如下：</p><p>　　樞軸慣量J=0.05kg.m.,電池電壓=24V，黏性阻尼器的阻尼系數(shù)f=10kg.m.s/rad,反饋電位計(jì)增益=400V/M，導(dǎo)引螺

2、桿增益=（1、4000）m/rad,輸入電位計(jì)增益=4800V/M,砝碼質(zhì)量依所需要的稱(chēng)重范圍而定，本例=2kg。</p><p>　　要求完成以下設(shè)計(jì)工作</p><p>　　建立系統(tǒng)的模型及信號(hào)流圖</p><p>　　在根軌跡上確定根軌跡增益的取值</p><p><b>　　確定系統(tǒng)的主導(dǎo)極點(diǎn)</b></p

3、><p>　　并使設(shè)計(jì)后的系統(tǒng)達(dá)到以下性能指標(biāo)要求：</p><p><b>　　階躍輸入下：=,。</b></p><p><b>　　欠阻尼響應(yīng)：。</b></p><p><b>　　調(diào)節(jié)時(shí)間：</b></p><p><b>　　二、建模方

4、法</b></p><p>　　系統(tǒng)傳遞函數(shù)模型： </p><p>　　首先建立平衡運(yùn)動(dòng)方程。設(shè)系統(tǒng)略偏其平衡狀態(tài)，</p><p><b>　　扭轉(zhuǎn)距方程為</b></p><p><b>　　，電機(jī)輸入電壓，</b></p><p><b>　　電

5、機(jī)的傳遞函數(shù)為 </b></p><p>　　根據(jù)以上方程得系統(tǒng)信號(hào)流圖，應(yīng)用梅森公式得系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為</p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)得： </b></p><p><b>　　系統(tǒng)特征方程為</b></p><p><b>　　得根軌跡方程為</b>&l

6、t;/p><p>　　等價(jià)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)在原點(diǎn)有一對(duì)重極點(diǎn)，有一個(gè)負(fù)實(shí)極點(diǎn)-13.86，還有一對(duì)復(fù)零點(diǎn)-6.93+j6.93</p><p>　　令從0變化到正無(wú)窮，可繪出根軌跡，做出希望的阻尼比線(xiàn)，得閉環(huán)極點(diǎn)</p><p>　　S1=-4.49+j7.77，s2=-4.49-j7.77，s3=-30.4</p><p>　　求得對(duì)應(yīng)的=25.5 要

7、求放大器提供附加增益為</p><p>　　得s1，s2為系統(tǒng)主導(dǎo)極點(diǎn)，s3為系統(tǒng)非主導(dǎo)極點(diǎn)，其對(duì)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響甚微，可忽略。因此，本設(shè)計(jì)完成的自動(dòng)平衡秤系統(tǒng)為欠阻尼響應(yīng)，系統(tǒng)調(diào)節(jié)時(shí)間為滿(mǎn)足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求</p><p><b>　　系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能 </b></p><p>　　三、MATLAB 仿真</p><p>　　M

8、ATAB M文件文本如下：</p><p>　　G=zpk([-6.93+6.93i -6.93-6.93i],[0 0 -13.86],1);</p><p><b>　　z=0.5;</b></p><p>　　figure(1);rlocus(G);</p><p>　　sgrid(z, 'new'

9、;);axis([-10 5 -10 10])</p><p>　　figure(2);rlocus(G);hold on;</p><p>　　K=25.5;rlocus(G,K)</p><p>　　sys=tf([3.0596],[0.05 1.9688 17.6946 122.3838]);</p><p>　　figure(3);t

10、=0:0.01:3;step(sys,t);grid</p><p><b>　　運(yùn)行后結(jié)果：</b></p><p>　　ζ=0.5時(shí)系統(tǒng)的主導(dǎo)極點(diǎn)（MATLAB）</p><p>　　自動(dòng)平衡秤系統(tǒng)根軌跡圖（MATLAB）</p><p>　　自動(dòng)平衡秤系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)（MATLAB）</p><p&

11、gt;　　四、Simulink仿真</p><p><b>　　系統(tǒng)微分方程模型：</b></p><p>　　根據(jù)書(shū)上圖4-28自動(dòng)平衡秤信號(hào)流圖用MATLAB軟件畫(huà)出系統(tǒng)模塊圖如下：</p><p>　　參數(shù)設(shè)置： step time 為0</p><p>　　stop time 為3</p><

12、p>　　增益模塊分別為，，，，，，，</p><p>　　Add模塊List of signs為+--</p><p>　　Add1模塊List of signs為+-</p><p>　　仿真后Scope顯示波形如下：</p><p>　　波形顯示的是自動(dòng)平衡秤系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)，可看出系統(tǒng)超調(diào)量大約為，調(diào)節(jié)時(shí)間約為</p>