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课程设计 洪奎 (定稿)
指导教师评定成绩:
审定成绩:
重 庆 邮 电 大 学
自 动 化 学 院
自动控制原理课程设计报告
设计题目:球杆控制系统
单位(二级学院): 自 动 化 学 院
学 生 姓 名: 洪 奎
专 业: 电气工程与自动化
班 级: 0831101
学 号: 2011212956
指 导 教 师: 冯 辉 宗
设计时间: 2013年 12 月
重庆邮电大学自动化学院制
摘要
控制系统是一个四连杆结构,横杆是一个带刻度的不锈钢杆和一根直线位移传感器组成,可以绕其左边的支点上下旋转改变横杆的角度,从而可以实现小球在横杆上的位置变化,通过直线位移传感器对小球位置信息的采集,控制器对采集的信息计算控制量,控制电机轴的转角,改变横杆的角度,使小球稳定的到达目标位置。但是此系统使一个非线性系统主要体现在驱动导轨运动的电机主轴与导轨仰角之间以及齿轮和导轨之间的传动 存在多处非线性关系。并且该系统是不稳定的,即便导轨的仰角是固定的,小球的位置仍然是未知的。在控制领域中,非线性不稳定系统的建模和控制器的设计有很多的难题需要攻克。
整个系统装置由一根 V形轨道,一个不锈钢球,连杆,直流伺服电机及大小齿轮箱减速机构组成。V形槽轨道由两部分组成,其一侧为不锈钢杆,另一侧为直线位移电阻器。当不锈钢球在轨道上滚动时,小球的作用就像直线位移电阻器的接触电刷。电压作用在直线位移电阻器的两端,因此通过测量不锈钢杆上的输出电压即可测得小球在轨道上的位置。V形槽轨道一端固定,另一端则由直流伺服电机经过两级齿轮减速,再通过固定在大齿轮上的连杆带动进行上下往复运动。V形槽轨道与水平线的夹角可通过测量大齿轮转动角度和简单的几何计算获得。通过设计一个运放加法电路的反馈控制系统调节直流伺服电机的转动,从而控制小球在导轨上的位置。
关键字:球杆系统 直流伺服电机 运放加法电路 频域法校正 PID控制器
目录
第一部分 设计题目.............................1
第二部分 设计报告正文.........................2
原理分析....................................2
模型的建立..................................2
1、球杆机械部分........................3
2、直流电机部分........................4
3、反馈电路部分........................8
三、系统校正....................................10
第三部分 设计报告总结........................14
第四部分 参考文献............................14
附MATLAB程序....................................15
第一部分:设计题目
球杆控制系统:
设计一位置控制系统,已知:横杆长40CM,横板上全程设滑线变阻器,横板初始角度为0,小球质量为110g,半径0.015m,d=0.03m,齿轮传动比为10,球的转动惯量为0.00001kg.m.s2不计摩擦,球上有触点与变阻器及控制电路相连形成反馈,
设要求系统在单位阶跃信号下:调节时间小于5秒,超调量小于20% ,求出系统地传递函数并探讨采用PID校正和频率法校正的方法,并确定校正装置。初始位置x=0,电机及减速器的转动惯量为I=1kg.ms2,减速器传动比为10,不计所有摩擦和小球重量带来的阻力,输入设定电位器RW 的灵敏度为:±0.5V/±CM。直流电机:励磁线圈电阻Rf=20,电感Lf忽略,扭矩常数Kt=1(N.M/A)直流电机励磁电流和控制电压的关系为: u=Rf *if 转矩为: T=Kt*if
工作原理为:
电机通过减速齿轮带动横杆转动,小球在重力作用下移动并停止在设定位置。
第二部分:设计报告正文
一、原理分析:
GO(s)作为被控对象利用频域分析法和PID控制分析的方法通过计算合理改变控制器里的参数,然后利用MATLAB建模仿真得到其波特图和单位阶跃响应图,分析是否符合题目要求。
图1.1整体设计框图
二、建立模型
通过对系统的分析,将整
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