精密测控与系统.doc

2012/2013学年第一学期 《精密测控与系统》期末大型作业 班级：_____测 仪0901______ 姓名： 洪 月 明 学号：_____0911400101____ 成绩评分表： 问题1 问题2 问题3 问题4 问题5 问题6 总分 10分 15分 15分 20分 20分 20分 100分 作业要求： 每人一组，独立完成，不得抄袭，发现抄袭视为作弊。 将每一小问的具体完成步骤写清楚、仿真曲线、控制效果图、模糊规则库、模糊化步骤等要求清晰（作为成绩评分的主要标准） 可以借助网络和其他资源查阅、引用相关资料，但不得抄袭。 将最终完成的作业和封面（封面上写明：姓名、学号、班级）一起装订上交。 日期： 2012 年 11 月 25 日 直流电机转速控制问题，直流电动机物理模型如下图所示。 电动机产生的转矩与电枢电流成正比，即：，电枢绕组的反电动势与转速成正比，即：，牛顿第二定律：，其中为电机轴上的转动惯量。 已知：转动惯量：，机械系统摩擦系数：，电动机力矩系数：，电阻：，电感：。假设电机转动系统刚性，输入量为直流电压，输出量为电机转速。 问题1：建立该系统的时域数学模型。 式中：T——负载转矩；——负载电流。 对上面的式子进行拉式变换得 由上式可得出传递函数为 而系统的时域数学模型为 问题2：给出该系统的传递函数，用Matlab计算该系统的阶跃响应曲线，给出阶跃响应的特征参数。 将题目中各参数带入上式可得该系统的传递函数为 （2）利用Matlab仿真系统的阶跃响应曲线如下： num=[1]; den=[0.5,6,10.01]; G=tf(num,den); step(G); grid; 读图可知，阶跃响应曲线达到终值的63.2%的时间即为系统的时间常数T,T=0.611s。 问题3：建立该系统的状态空间表达式，用Matlab计算该系统的阶跃响应曲线。 系统的状态空间表达式为： 系统的传递函数为： 运行以下程序： num=[1]; den=[0.5,6,10.01]; [A B C D]=tf2ss(num,den) 可得 将A,B,C,D带入上式可得 输入程序如下： A=[-12 -20.02;1 0]; B=[1;0]; C=[0 2]; D=0; step(A,B,C,D); grid; 运行后得到如下图形： 问题4：加入速度反馈及PID控制器环节，使系统性能达到: 建立时间2s; 超调量5%; 稳态误差1%. 经过修改pid参数，使图达到要求 经过修改pid参数，使图达到要求 问题5：采用下图所示的模糊控制系统 系统中的模糊控制器是一个双输入单输出型的控制器，输入变量为转速的误差e和转速误差的变化率Δe，输出为直流电压的增量ΔV。请选用合适的隶属度函数，建立该系统的模糊控制规则库，对电机的转速进行控制使期望转速为1000r/min，建立时间2s;超调量5%;稳态误差e±1.0%。 根据题目给出的模糊控制系统图搭建具体的仿真模型： 建立模糊控制器，在MATLAB中输入fuzzy 点击View菜单中的Rules选项可以打开模糊规则观察器，观察模糊推理系统 的输入，输出情况。 得到图形如下 问题6：通过这个大型作业，谈谈你对本课程的学习心得和体会，以及对本课程授课方式的建议和改进。 这次大作业可以说是我们测仪专业的第一次“吃的螃蟹”，是首次没有进行期末考试而通过大作业的形式对这门课进行考核。 在上课的时候就已经感觉到精密测控与系统内容很杂，涵盖范围很广，包括了信号与系统，数字信号处理，自动控制理论，现代控制理论，传感器原理等多门专业课的内容，在这些内容的基础上又进行拓展深化。而这次大作业所要求的几个作业，也包含了上述各种专业知识。 在看到前四个题目时，感觉很熟悉，对以前的知识还有点印象，于是，又把现代控制的教材找出来看了下，这样就对怎样答题有了一点思路。但是，对于电机这个既涉及到电路有涉及到物理力的分析就有点搞不懂。后来，在网上查找了一些资料，知道怎样处理电机后，很容易就列出了方程。再对方程进行些变换，前三个题很快就做出来了。后面的题，有点难度，但是在网络的帮助下，虽然结果还是有点不对，但是对于整个过程有了一定的理解。 对于精密测控与系统这门课，我感觉纯粹的讲理论知识有点枯燥，晦涩难懂，可以在授课过程，在讲完理论知识后，适当的加些实验课，由浅到深，逐步的将理论和实际操作联系起来。 另外，对于采用大作业这种代替考