精品基于MATLAB的随动控制系统的仿真[20页]

1、自动控制原理综合实验题 目。系统的分析与仿真院 系专 业 信息工程（系统工程方向）学生姓名学 号指导教师 范志勇二0二年6月6日1. 系统介绍2. 物理模型图3. 系统分析3.12部分电路图(1)(2)(3)(4)(5)自整角机 功率放大器. 两相伺服电动机 直流测速电动机 减速器各部分元件传递函数位置随动系统的结构框图 位置随动系统的信号流图 相关函数的计算3.54 系统稳定性分析4.1代入参数值4.2根轨迹Bode 图系统阶跃响应4.45系统动态性能分析51延迟时间的计算5.2上升时间的计算5.3峰值时间的计算5.41010105.76系统仿真7总结与体会 参考文献超调量的计算调节时间的计

2、算使用MATLAB求系统各动态性能指标人工计算与MATLAB计算的结果比较及误差分析1010-101111-12 -错误！未定义书签。自动控制原理课程设让1.系统介绍随动系统是指系统的输出以一定的精度和速度跟踪输入的fl动控制系统，并且输入量是 随机的，不可预知的。工作原理：用一对电位器作为位宜检测元件，并形成比较电路。两个 电位器分别将系统的输入和输出位宜信号转换成于志成比例的电压信号，并作出比较。当发 送电位器的转角q和接受电位器的转角g相等时，对应的电压亦相等。因而电动机处于静 止状态。假设是发送电位器的转角按逆吋针方向增加一个角度，而接受电位器没有同吋旋转 这样一个角度，则两者之间将产

3、生角度偏差相应地，产生一个偏差电压，经放犬器放 大厉得到U,供给直流电动机，使其带动负载和接受电位器的动笔一起旋转，直到两角度相 等为止，即完成反馈。2物理模型图减速器图1位置随动系统原理框图-2-自动控制原理课程设让3.系统分析3.1部分电路图(1) 自整角机: 作为常用的位置检测装置，将角位移或者直线位移转换成模 拟电压信号的幅值或相位。白密角机作为角位移传感器，在位置随动系统屮是成对使用的。 与指令轴相连的是发送机，与系统输出轴相连的是接收机。11 息&i 一=k$在零初始条件下，拉式变换为5；=kQ(s)图2白整角机(2) 功率放大器：叫(/) =%(/)-必)在零初始条件下，拉式变换

4、为乞(S)ut图3放大器(3) 两相伺服电动机:迪” | ciqdr dt在零初始条件F,拉式变换为(?y +s)4(s) = kmua(s)自动控制原理课程设让Kms （T 加 ）图4两相伺服电动机(4) 直流测速电动机:心)dt在零初始条件下,拉式变换为ut(s) = kts0m(s)图5直流测速电动机(5)减速器：E如I在零初始条件卜，拉式变换为($) = %($)I盅 L 0 I图6减速器-4-自动控制原理课程设让3.2各部分元件传递函数(1) 电桥G = = 5(2) 放大器G? 0)=如=ka心)(3) 测速机弘X船呵+ 1)其小Tm=RaJj(Rafm+CmCe)是电动机机电时间

5、常数;心=q/(Rafm + CQ是电动机传递系数(5)减速器$(门=兽=1色($) i(1)(2)(3)(4)(5)3.3位置随动系统的结构框图图7结构框图自动控制原理课程设让3.4位置随动系统的信号流图图8信号流图3.5相关函数的计 =1 开环传递函数:H(s) =KeK 仏72+(心心+彷(6)4系统稳定性分析4.1代入参数值RC=7Q La=10mH,假设放人器增益为Ka=15,电桥增益，K,：=6测速电机增益，kt=2J=0.005kg.m/s Jl=0.03 kg.m/sVL=0.08/Ce=l,Crn=3/f=0.1,Kb = 0.2zi=0.02开环传递函数:H(s) = -&

6、 加zy+gK店+1”550052 +40$(7)4.2根轨迹用如下程序将传递函数在MATLAB屮表示出來:num=5500den 二1,40,0sys=tf( nu m,de n)自动控制原理课程设让I960用MATLAB显示为:Transfer function：sA2 + 40 s用如下程序将传递函数的根轨迹图在MATLAB屮表示出来:num=5500den 二1,40,0rlocus (nu m,den)(J MATLAB做出的根轨迹如图9所示：I1III1J-1 1 11 1 Root Locus-30-25-20-15-10-5Real Axis0o.52XV AJrouCTeuJ

7、-图9根轨迹图 由于系统在右半平而没有极点，因此为稳定系统.4.3 Bode 图开环传递函数相角裕度增益裕度仿真程序： num=5500den 二1,40,0sys=tf( nu m,de n)mag,phase,w=bode( nu m,de n) gm,pm/wcg,wcp=margin(mag,phase/w) margin(sys)50Bode DiagramGm = Inf dB i at Inf rad/sec) f Pm = 30.1 deg iat69 rad/sec)(62P) 2spll.-135-50 -90 VV V V |VVSystem: sysFrequency

8、(rad/sec): 68.6Magnitude (dB): 0.063711t11 illi1t11t 1 1111111 t i VV V V |V0 1 V jV1、I一System: sysFrequency (rad/sec): 69.9Phase fdeck -1E0l-_0Frequency (rad/sec)图10 Bode图由图10和图11可知:截止频率3 = 68.9/W/S ；相角裕度/ = 30h = 2.6x I03。幅值裕度gm =1.2322e+003pin =30.1661wcg =2. 6044e+003wcp =68.9272图11自动控制原理课程设让4.4

9、系统阶跃响应闭环传递函数:F(s) =55007 + 467+5500利川如卜程序在MATLAB屮对系统绘制单位阶跃响应:num=5500 den=l,40z5500 step( nu m,de n)Step Response0.050.10.15Time (sec)0.20.250.3自动控制原理课程设让5系统动态性能分析51延迟时间的计算5.2上升时间的计算5.4超调量的计算5.5调节时间的计5.6使用MATLAB求系统各动态性能指标5.3峰值时间的计算图13-11-在MATLAB输入的指令为： num= 0, 0, 5500;den= 1, 40, 5500;(num, den):t=0

10、：0.01:1;c=step t):plot (t# c)gr i dly, X# t = step (num, den? t):maxy=max (y)ys=y (length (t)pos= (maxyys)/ysn=l :while y S) X) 5水ysn=n+l : endtd=t (n)n=l:while y (n) 0. 95*ys)& (y (L) 1 05*ys)L=L-l：endts=t CL)title C Uni t-Step Response of G(s)李杰1)软件输出如下为:自动控制原理课程设让mxy =1.358=1 OOOOpos =O. 3358td =

11、O. 0200tx-=O. 0300tp =O 0400ts =O.1400-13-5.7人工计算与MATLAB计算的结果比较及误差分析两次计算对比表:延迟时间（）上升时间（tr ）峰值时间（）超调最（7% ）调节时间（心）10.0160.030.0441.48%0.17520.020.030.0439.58%0.14结果对 tkjenoooooooocoooooooooooooc6系统仿真在MATLAB命令窗口屮输入SIMULINK,然片点FileNewModel,在SOURCE屮选择STEP 模块，在SINKS屮选择SCOP模块，在CONTINUOUS屮选择传递函数，双击史改极点和零点（如图 15所示），用直线将模块连接后（如图16） z点击STARE双击示波器,即可看到仿真图形.系统MATLAB仿真图形如图17所示；自动控制原理课程设让I960-14 -0.8OK I CancelApply0.81.2图15图17图16Transfer FenMatrix expression for numerator, vector expression for denominator Output width equals the numbe