(2)轉(zhuǎn)子繞線機控制系統(tǒng)的校正設(shè)計仿真任務(wù)書

1、指導教師評定成績:審定成績：自動控制原理 課程設(shè)計任務(wù)書 設(shè)計題目：轉(zhuǎn)子繞線機控制系統(tǒng)的校正設(shè)計仿真單位（二級學院）：自動化學院專業(yè):電氣工程與自動化姓名:周密學號2012212660指 導 教師:李鵬華設(shè)計時間：2014年10月重慶郵電大學自動化學院制目錄一、設(shè)計題目1.1 設(shè)計題目及要求1.2 設(shè)計任務(wù)二、設(shè)計報告正文2.1 摘要2.2 設(shè)計步驟1. 分析系統(tǒng)的工作原理，進行系統(tǒng)總體設(shè)計。 / 白松其、劉有為 2構(gòu)成開環(huán)系統(tǒng)，并分析器動態(tài)響應(yīng)。 / 李盼盼 3測出各環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)及其時間常數(shù)。 / 吳杰、莊元 4對系統(tǒng)進行擾動分析。 / 鄧振揚 5比較開環(huán)時和閉環(huán)時的動態(tài)響應(yīng)。 / 周密

2、、朱俊6. 采用某種校正方式實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定控制。 / 王翰磊 7對本課程設(shè)計提出新設(shè)想和新建議。 / 羅俊豪三、設(shè)計總結(jié)一、設(shè)計題目題目：轉(zhuǎn)子繞線機控制系統(tǒng)的校正設(shè)計仿真一課程設(shè)計應(yīng)達到的目的1、通過控制系統(tǒng)閉環(huán)仿真熟悉課程設(shè)計的基本流程；2、掌握控制系統(tǒng)的數(shù)學建模；3、掌握控制系統(tǒng)性能的根軌跡分析或時域特性分析；4、掌握頻率法校正或根軌跡法校正；5、能夠根據(jù)性能指標，設(shè)計控制系統(tǒng)，并完成相應(yīng)實驗驗證系統(tǒng)的設(shè)計和實驗操作;6學會用MATLAB進行基本仿真。二課程設(shè)計題目及要求(一)設(shè)計題目轉(zhuǎn)子繞線機控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)：KG(s)=s(s+5)(s+10)要求達到性能指標：系統(tǒng)的靜態(tài)速度誤差

3、系數(shù)Kv_15s-三.課程設(shè)計任務(wù) 復習有關(guān)教材、到圖書館查找有關(guān)資料，了解控制對象的工作原理。 總體方案的構(gòu)思根據(jù)設(shè)計的要求和條件進行認真分析與研究，找出關(guān)鍵問題。廣開思路，利用已有 的各種理論知識，提出盡可能多的方案，作出合理的選擇。畫出其原理框圖。 總體方案的確定可從頻域法、跟軌跡法分析系統(tǒng)，并確定采用何種控制策略，調(diào)整控制參數(shù)。 系統(tǒng)實現(xiàn)用MATLABS行仿真，實現(xiàn)開環(huán)控制，記錄實驗數(shù)據(jù)。引入閉環(huán)控制，將設(shè)計好的控 制策略實現(xiàn)其中，根據(jù)實際響應(yīng)效果調(diào)整參數(shù)直至最優(yōu)，并記錄數(shù)據(jù)。，_60(二)設(shè)計要求1 分析系統(tǒng)的工作原理，進行系統(tǒng)總體設(shè)計。白松其、劉有為2. 構(gòu)成開環(huán)系統(tǒng)，并分析器動態(tài)

4、響應(yīng)。/李盼盼3. 測出各環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)及其時間常數(shù)。/吳杰、莊元4. 對系統(tǒng)進行擾動分析。/鄧振揚5. 比較開環(huán)時和閉環(huán)時的動態(tài)響應(yīng)。/周密、朱俊6. 采用某種校正方式實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定控制。/王翰磊 對本課程設(shè)計提出新設(shè)想和新建議。/羅俊豪四主要參考文獻1、薛定宇.反饋控制系統(tǒng)設(shè)計與分析.北京:清華大學出版社，2000.2、 飛思科技產(chǎn)品研發(fā)中心.MATLAB 7輔助控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真.北京：電子工業(yè)出版 社,2005.3、胡壽松.自動控制原理.4版.北京:科學技術(shù)出版社,2001.4、白繼平，徐德輝.基于MATLAB下的PID控制仿真【J】.中國航海，2004(4): 77-80.5、徐亞飛

5、，劉官敏，高國章等.溫箱溫度PID與預(yù)測控制J.武漢理工大學學 報.2004.8(28):554-557.、設(shè)計報告正文 摘要：利用MATLAB軟件的Simulink仿真平臺,對轉(zhuǎn)子繞線機控制系統(tǒng)進行數(shù)學建模 和系統(tǒng)仿真，并結(jié)合Bode圖進行分析研究，確定調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制器參數(shù)，從而獲得理想的 設(shè)計結(jié)果.通過對其進行仿真研究，驗證了設(shè)計的可行性。關(guān)鍵詞：繞線機；超前校正；極點配置；MatlabCalibration of rotor winding machine control system design and simulationAbstract : Use of MATLABoftwar

6、e Simuli nk simulatio n platform, the rotor win di ng machi ne con trol system mathematical modeli ng and simulati on, and combi ning theBode chart analysis, the controller parameters of control system, to obtain ideal result of the design. Through carries on the simulation study, verify the feasibi

7、lity of the desig n.Key words: wi nding machi ne; Adva need correct ion; Pole assig nment; MATLAB.轉(zhuǎn)子繞線機，顧名思義繞線機是把線狀的物體纏繞到特定的工件上的機器。原電動工具行業(yè)常用手動繞線設(shè)備效率低、精度差，不能適應(yīng)電動工具行業(yè)生產(chǎn)規(guī)?；l(fā)展的 需要。本設(shè)計是通過改進電動機轉(zhuǎn)子線圈的繞制方式完成設(shè)計一種轉(zhuǎn)子繞線機，旨在提 高 電樞制造的自動化程度，減輕繞線勞動強度，提高電樞的整體質(zhì)量，實現(xiàn)繞線槽滿率 高，繞線圈數(shù)精確，降低廢品率，同時兼顧操作者的方便性。它用直流電機來纏繞銅線， 能快速準確地繞線

8、，并使線圈連貫堅固。采用自動繞線機后，操作人員只需從事插入空 的轉(zhuǎn)子，按下啟動按鈕和取下繞好線的轉(zhuǎn)子等簡單操作。設(shè)計步驟1、實驗原理/劉有為、白松其總體設(shè)計框圖為:R(s)C(s)2、開環(huán)系統(tǒng)/李盼盼:開環(huán)控制系統(tǒng)適用于簡單的系統(tǒng)，它沒有反饋環(huán)節(jié)，響應(yīng)時間較長，成本較低。(1)開環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖R(s)*1/s(s+5)(s+10)C(s)(2)動態(tài)響應(yīng)分析:傳遞函數(shù)化簡成標準形式為:G(s)二K /50s(0.2s1)(0.1s1)由計算得：k=750;所以開環(huán)傳遞函數(shù)為：G(s) 15os(0.2s + 1)(0.1s + 1)開環(huán)系統(tǒng)的響應(yīng)曲線為 程序clear,clcnum = 15;d

9、en = con v(0.2,1,0,0.1,1); sys = tf(nu m,de n) figure(1);step(sys) figure(2);impulse(sys)Ti憐*5伽)3、各環(huán)節(jié)的放大級數(shù)及其時間常數(shù)/吳杰、莊元Kv=limG(s)s=k/50 15 (s 0)k 750(s)=G(s)/1+G(s)=k/k+s(s+5)(s+10)=k/(s3+15s2+50s+k)由勞斯判據(jù)得設(shè) s3+15s2+50s+k=0s3 1 50s2 15 ss (750-k)/15(750-k)/15 0k v 750所以k=750G(s)=K1/s+K2/(s+5)+K3/(s+10

10、)=K1(s+5)(s+10)+K2s(s+10)+K3s(s+5)/s(s+5)(s+10 )K1(s2+15s+50)+K2s2+10K2s+K32+5K3s=750K1+K2+K3=0K2+K3=-15K1=15 K2=-30 K3=15750+m Jl o w # *A(w)=1所以解得w=0.707rad/s t=1/w=1.414所以時間常數(shù)t=1.4144、系統(tǒng)擾動分析：/鄧振楊開環(huán)傳遞函數(shù)為：G(s)=k/s(s+5)(s+10)用極限可算出K值最小為750因此 G(S)=750/s(s+5)(s+10)穿越頻率w 7.07rad/swc約為 7.07rad/s ；相角裕度為2

11、.34e-0.5deg；則幅值裕度約為0deg 程序num=750den=1,15,50,0sys=tf( nu m,de n) mag,phase,w=bode( nu m,de n) gm,pm,wcg,wcp=margi n( mag,phase,w) margi n(sys)使用matlab仿真如下：o5o ooo59mBBpmcrlo8bap)聖啟do5Lr52Tranif Fm*Tranif Fm*5、比較開環(huán)時和閉環(huán)時的動態(tài)響應(yīng)。/周密、朱俊開環(huán)系統(tǒng)單位階躍響應(yīng): 由題意和以上步驟可得:開環(huán)系統(tǒng)函數(shù)為G (s)二K /50s(0.2s1)(0.1s1)Tranif Fm*Tran

12、if Fm*程序num=15;den=0.02,0.3,1;systf( nu m,de n)t=0:0.01:3;step(num,den,t)%單位階躍響應(yīng)grid運行后開環(huán)系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲線Tranif Fm*Tranif Fm*TfW IMC)Tranif Fm*Tranif Fm*由圖可知，該系統(tǒng)不穩(wěn)定，所以不存在峰值時間、超調(diào)量等。閉環(huán)系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)閉環(huán)傳遞函數(shù)：G（s）=15S(0.2S 1)(0.1S 1)15Tranif Fm*Tranif Fm*MATLA仿真圖:Tranif Fm*Tranif Fm*配*II1Tranif Fm*結(jié)果:程序為：num=15;den=0

13、.02,0.3,1,15;systf( nu m,de n)t=0:0.01:3;step( nu m,de n,t)Grid運行后所得閉環(huán)系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲線峰值為：C（ tp）=1.9峰值時間tp=0.501s ；周期 T=0.89s由圖可知該系統(tǒng)不穩(wěn)定需要校正6、采用某種校正方式實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定控制/王翰磊5(5 + 5Xa + 10)(靜態(tài)浜差系數(shù)K 二 limG(j) = K/50 15.v_l所以最小K值K=750;故:下求穿越頻率乃0.(5 + 5)(s + 10)處)750他 J25 + 田 * J 0 (Xi-穿越處A(3)=1解得 Wc=0.707rad/s穿越頻率處相角？(

14、 3e) =-180相對裕角？ =0deg下求幅值裕度相角穿越頻率？( 3 g) =-180由三角函數(shù)可得3 g=7.07/(叫)二1故采用串聯(lián)滯后校正設(shè)滯后超前校正網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)Gc(s) = (1+T1s)( 1+T2s) /(1+T1s/ ? )(1+T2 ?s)確定校正后截止頻率，既3 =7.07 ;確迄校正參數(shù)0:按設(shè)計更求幅值裕度八則取.則3=(1+sml-sini)=32J6確定滯后校正部分的參數(shù)T2：聯(lián)17T2-(dc725,的T2-3.53(1 + 3.5九)(1卡2左如)(1 + 0.141X1113.52,)確定超前校正T1=2.88所以滯石一超髓校正傳遞函數(shù)曲:7、建議和

15、意見/羅俊豪課程的實效性不夠。首先其次轉(zhuǎn)子繞線機控制系統(tǒng)的矯正在很多領(lǐng)域已經(jīng)有了豐富的應(yīng) 用。如：PLC數(shù)控、F940 GOT數(shù)控、全自動雙飛叉嵌、FDY型有限分析及其優(yōu)化，我 們在建模、矯正可以更多地聯(lián)系這些領(lǐng)域的成就。將知識與實踐相聯(lián)系，讓我們在學習 理論知識的同時，掌握一定的相關(guān)實效性應(yīng)用。課程的延伸性不夠，科學不僅僅是人類認識世界和改造世界的經(jīng)驗的系統(tǒng)化、理論化的 實證知識體系；它也是一種包含科學方法和科學戰(zhàn)略的過程。而我們在學習有關(guān)轉(zhuǎn)子繞 線機控制系統(tǒng)的矯正的過程中，并沒有充分聯(lián)系以往學科知識。對知識的運用過于局限。 3串聯(lián)校正裝置通常由一些無源或有源網(wǎng)絡(luò)（無源串聯(lián)校正，往往需要附加

16、放大器用來提 高增益以補償串聯(lián)校正過程中引起的幅值衰減； 有源串聯(lián)校正，由于在其元件中含有放大器，因此上述補償問題可在有源校正電路中自 行解決，而不必增加額外的附加放大器。它結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，易于實現(xiàn)，但它無法 減弱系統(tǒng)固有部分參數(shù)變化對系統(tǒng)性能的不良影響。反饋校正通常是在系統(tǒng)中加入速度 或加速度反饋。反饋校正除改善系統(tǒng)特性外，還能削弱系統(tǒng)非線性特性的影響，減弱或 消除系統(tǒng)固有部分參數(shù)變化對系統(tǒng)性能的影響，抑制噪聲的干擾，而串聯(lián)的超前。滯后校正：（1）滯后校正主要用來校正系統(tǒng)的低頻段， 用來增大未校正系統(tǒng)的開環(huán)增益， 以便提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)控制精度。而超前校正主要在于改變未校正系統(tǒng)中頻段的形狀，

17、以 便 提 高 系 統(tǒng) 的 動 態(tài) 特 性。（2）滯后與超前組合校正。滯后校正部分和超前校正部分既發(fā)揮了各自的長處又用對方 的長處彌補了自己的短處。如超前校正部分可以提高系統(tǒng)的快速性，恰好可彌補滯后校 正部分使系統(tǒng)反應(yīng)速度降低的不利影響。綜上，課程題目基本設(shè)計完整，在一定程度上調(diào)動學生對自動控制學習的熱情，讓我們 復習了自控矯正等相關(guān)內(nèi)容，自主學習了MATLAB的基本操作，提高了我們將知識轉(zhuǎn)化為實踐能力。但因為我們知識的局限性，題目不夠具有時效性和延伸性。三、設(shè)計總結(jié)課程設(shè)計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識，發(fā)現(xiàn)，提出，分析和解決實際問題，鍛煉實踐能 力的重要環(huán)節(jié)，是對實際工作能力的具體訓練和考察過

18、程 隨著暖通科學技術(shù)發(fā)展的日新 日異，暖通自動化控制已經(jīng)成為當今較為前活躍的領(lǐng)域，在生活中可以說得是無處不在。因此在我們學習暖通書面知識的同時，我們更應(yīng)該加強實際中的知識的應(yīng)用。在老師的指導下，我順利的完成了本次建筑設(shè)備自動化課程設(shè)計中規(guī)定的內(nèi)容，收獲頗多，感觸很深。通過課程設(shè)計，掌握了什么是系統(tǒng)原理，系統(tǒng)設(shè)計工作的基本過程 及其各階段的基本任務(wù)，熟悉了系統(tǒng)設(shè)計總流程框圖，了解了系統(tǒng)設(shè)計的生成過程、構(gòu) 造工具及其相關(guān)的技術(shù)，對課本上的知識有了更深的理解，課本上的知識是機械的，表 面的。通過把該課程設(shè)計的內(nèi)容，把原來以為很深奧的書本知識變的更為簡單，對系統(tǒng) 原理有更深的理解。這次課程設(shè)計，也使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有 理