6卷纸张力控制系统

1、指导教师评定成绩：审定成绩：重庆邮电大学自动化学院自动限制原理课程设计报告设计题目：卷纸张力限制系统单位二级学院：学生姓名：专业：班级：学号：指导教师：设计时间：重庆邮电大学自动化学院制一、设计题目二、设计报告正文摘要关键词一、卷纸张力限制系统原理二、限制过程分析三、系统的时域分析与频域分析四、系统校正三、设计总结四、参考文献设计题目在造纸厂的卷纸过程中,卷开轴和卷进轴之间的纸张张力采用下列图所示的卷纸张力限制 系统进行限制,以保持张力 F根本恒定.卷开轴Vi(t)&vo(t) 卷进轴要求：(1) 查阅相关资料,分析系统的工作原理,指出被控对象、被控量和给定量,画出系统 方框图.(2)

2、 分析系统每个环节的输入输出关系,代入相关参数求取系统传递函数.(3 ) 分析系统时域性能和频域性能.(4) 运用根轨迹法或频率法校正系统,使之满足给定性能指标要求.：Tm=0.35 Tn=3 k1 =2 k2 = 2 km =1kn = 3反应系数：- =1要求：8c之4, %之40设计报告正文摘要:关键词:一、卷纸张力限制系统原理系统工作原理：在造纸厂的卷纸过程中,当纸张不断地从卷开轴向卷进轴运动时,线速度就 会下降,从而纸张承受的张力会相应的减小. 为保证张力的根本恒定,必须调整 电机的转速.图1-1所示的限制系统中,采用三个滑轮和一个弹簧组成的张力测量器来 测量纸上的张力.将测量的实际

3、张力与预设张力进行比拟,经放大器放大后得到 电机的输入电压.通过电压的变化来调节电机的转速, 进而调节卷开轴向卷进轴 运行的线速度.最终,使纸张的张力保持根本恒定.电机-被控对象预设弓K力-系统给定量实际张力-系统限制量通过对系统的分析,可得卷纸张力限制系统的方框图如图1-2所示图1-2卷纸张力闭环限制系统方框图(二)、限制过程分析1、各个环节的传递关系如下：Fi(1)、实际测得的张力与预设张力进行比拟后, 经过放大器放大作为电机的 输入电压.KiF2比拟装置(2)、放大器的输出电压作为电机的输入电压对电机进行调速限制.Km电机(3)、电机的转速与卷进轴的转速相同,所以电机的转速与纸张的线速度

4、 成线性关系.K2卷进轴(4)、由三个滑轮和一个弹簧秤组成的测力系统对纸张的张力进行测量Kh乃囱+ 1张力测量系统(5)、将测得的张力反应到比拟装置与预设张力进行比拟.反应2、系统的结构框图由系统的结构框图可以求函数为得,系统的开环传递:G0 s =KRKmKnTmS 1 TnS 1闭环传递函数:C .Ki-KnGc S 一TmS1TnS1KiKmKn(三)、系统的时域分析与频域分析1、时域分析(1)、动态性能分析由系统的传递函数可得On=3.51871系统的单位阶跃响应如下列图所示系统各时域参数为:,1 0.7td 二tp1nts3.5- 'nh tp -h 二 p 100%所以系统

5、的动态稳定性能指标:- -d -3.1363td =0.3744str=0.6509stp =1.0017sts =2.7582s二 a =20.23%(2)、稳态性能分析稳态误差是描述系统稳定性能的一种性能指标,在阶跃信号、斜坡信号作用下进行测定和计算.假设在时间是无穷时,系统输出量不等于输入量或输入量确实定函数,那么存在系统误差.稳态误差是系统限制精度或抗干扰动水平的一种度量. 由于该系统是零型系统,所以对阶跃信号来说是有差跟踪,对单位脉冲信号和其他信号存在稳态误差.1 lim G s H s可知:G0j 10.35j ' 1 3j ' 1对阶跃信号是有?二='=

6、1 K 13对其他信号有?二二二2、频域分析开环传递函数,知道它的频率 G0j的表达式如下: j ,12系统的波特图如下图:Bode DiagramGm » Inf d日(at Inf rsd/g：ec) Pm = 52,1 deg (at 2.82 redt/sec41口I ! I I ! I I I II I I I I I I I! I I I ! I I I!-2T口1210101010101_ _ _ _ _ _ _ _I JI_ _ _ .由波特图知,截止频率 coc = 2.8248rad /s；相角裕度¥ = 37.05540 ;幅值裕度为收dB.四、系统校

7、正1、做原系统的波德图Bode DiagramGm = Inf dB (st Ini rad/sec) , Pm = 52.1 deg (at 2.82 radl/sec)o o o o o o O4 2 2 4 6- - ® eprifU 富 w410-101由图可知,截止频率 8c = 2.8248rad /s;相角裕度y=37.0554均略小于所要求的值,所以可以采用超前校正2、计算需补偿的相位超前角中m；m = c - co (5： 20；)40° -37.055°2003、计算衰减率a1 - s i nm a =1 s i nm:=0.444、确定新的开

8、环截止频率0c如图所小1 14:Lo()1 20lg ot1_1 -20lg1/a220lg1Z：+1Lc()Lo( c)c =4.15 c11-20lg - = -3.6db5、确定两转折频率叫,切2 °0dB 1001 -220lg1Z：.29)L0()1- c =6.266、Kc7、补偿增益1=2.27Ot校正后的开环频率特性L( ') =Lo( )Lc( )121 0.36sG(s) =Gc(s) Go(s)二Kc 二1 0.16s 0.35s 1 (3s 1)8、校验计算结果c =4.21 4c:c =arctan0.36 c -arctan0.16 c -arctan3 c -arctan0.35a c cccccc = -136.28c =180： c =180° -136.28c = 43.72>40c所以校正后的系统满足给定要求.校正后的波德图如下图：Bode DiagramGm = Inf d0 (at Inf rwd息ecj , Pm = 667 deg (srt 3.53 rdf