角隨動系統的數學建模及串聯校正課件

坐位安排圖大門5、63、41、27、89、1011、1213、1415、1617、1819、2021、2223、2425、2627、2829、3031、3233、3435、36角隨動系統的數學建模及

串聯校正（一）

——數學模型的建立實驗考核1、實驗報告（預習報告、實驗報告）；2、綜合測評（思考題、實驗操作）。預習考核1、角隨動系統的組成，及簡單工作原理。2、畫出一般控制系統的組成結構框圖。3、列舉出得到系統模型的方法。4、簡述階躍響應法測量系統模型的原理。一般控制系統設計的基本思路1、觀察系統開環(huán)性能是否能夠達到所要求的精度。如果不滿足，則要考慮加入反饋及串聯校正環(huán)節(jié)對系統進行閉環(huán)控制。2、了解被控對象的工作原理，建立被控對象的數學模型。機理法建模、實驗法建模。機理法建模：就是根據系統的動力學及運動學原理得到系統的微分方程，要求設計者對系統的機理有清晰的認識。實驗法建模：是根據系統的輸入輸出數據，得到系統近似的數學模型。主要方法有階躍響應法、脈沖響應法、頻率特性測量法。實際上，很少有系統建立精確的機理模型，通常機理模型往往是定性的。因此要求設計者在對機理模型有所了解的基礎上，設計實驗過程，建立實驗模型。3、對模型進行分析，如頻率特性，根軌跡，零極點分布等。4、確定系統的被控輸出量，并對被控變量取反饋。5、設計系統閉環(huán)控制規(guī)律（如古典控制PID方法、現代控制理論中極點配置方法）。6、對控制律進行校核，校正。角隨動系統的控制箱面板角隨動系統結構框圖自整角機：機械角度差轉變?yōu)殡妷盒盘?。這里起測量元件和比較元件作用。相敏解調電路：把與相位相關的交流信號變?yōu)橹绷餍盘?。位置調節(jié)器、速度調節(jié)器、電流調節(jié)器：改善系統性能PWM電路（脈寬調制電路）：把直流信號調制成與其特定關系的方波信號。功率放大器：對方波信號進一步放大，使系統有足夠的功率驅動執(zhí)行電機轉動。執(zhí)行電機：把電信號轉為機械運動，推動負載運動。1．控制式自整角機其中Δθ為失調角當失調角較小時：

因此，其傳遞函數為一比例環(huán)節(jié)：2．相敏解調電路相敏解調電路的輸入：自整角機接收機輸出電壓E（周期為400Hz的交流信號），輸出：直流信號。電路中存在濾波環(huán)節(jié)，其傳遞函數為：3．PWM電路圖中TL494芯片為脈寬調制芯片；FB端為PWM電路的輸入端S_1、S_2、S_3、S_4為PWM電路的輸出端。其傳遞函數：4．功率放大器圖中，IR2110為POWERMOSFET的驅動芯片，詳細介紹可查閱芯片手冊。IRF540NS為POWERMOSFET，詳細介紹可查閱芯片手冊。其傳遞函數：5．直流力矩電動機電壓平衡方程感應電動勢方程電磁轉矩方程轉矩平衡方程消除中間變量后，可得直流電機的輸入輸出微分方程：若負載轉矩Tl為零時，忽略電機空載轉矩，即Td為零時，可化為由于電樞電路電感La較小，通常忽略不計，可化為：則，傳遞函數為：6．直流測速發(fā)電機輸入：轉速，輸出：與轉速成正比的模擬電壓。其傳遞函數為：7．整個系統的傳遞函數KZ——自整角機放大倍數；KS——相敏解調器的增益；TS——相敏解調器的時間常數；約為10msKPWM——PWM電路的增益；KP——功放的增益；TM——電機機電時間常數；約為40ms~50msKM——電機電壓—速度的穩(wěn)態(tài)增益系數；實驗目的1．掌握自整角機隨動系統的組成和工作原理。2．掌握一般控制系統的建模方法。3．掌握實驗法測量系統數學模型的方法。4．熟練掌握串聯校正與反饋校正的校正規(guī)律。5．熟練掌握控制系統的調試方法。實驗環(huán)境1、角隨動實驗系統；2、萬用表；3、示波器。實驗內容I．實驗法建立系統數學模型1、熟悉系統各個組成部分的工作原理；2、測量系統各環(huán)節(jié)的數學模型：自整角機（KZ）、相敏解調電路（KS、TS），PWM電路（KPWM）、功率放大器（KP）、執(zhí)行電機（KM、TM）；Ts=10ms;Tm=40~50ms(新);80~100ms（舊）；3、得出系統開環(huán)傳遞函數；II．串聯校正根據性能指標要求：調整時間ts<0.2s，超調量σP<25%，穩(wěn)態(tài)誤差ess=00，選擇合理的校正環(huán)節(jié)，對系統進行綜合校正，得出校正環(huán)節(jié)的參數。請同學們自行推導；III．系統調試將II中得到的校正網絡接入系統，改變自整角機發(fā)送角（不要太大，一般在300

左右），觀察電機的跟隨情況是否達到預期的指標要求，如果不滿足要求，采用湊試法，根據各調節(jié)參數對系統響應的大致影響，對校正網絡參數進行調整。1.只加入比例環(huán)節(jié)，改變比例環(huán)節(jié)的增益K，5、10、15、20、50，觀察角隨動系統的階躍響應情況，分析K對系統性能的影響；2.接入所設計的串聯校正環(huán)節(jié)，觀察角隨動系統的階躍響應情況，是否滿足期望性能指標；3.來回轉動自整角機發(fā)送機，觀察系統輸出的跟隨情況，穩(wěn)態(tài)誤差；實驗報告1．分析實驗數據，得出系統開環(huán)傳遞函數；2．設計系統的校正環(huán)節(jié)，使其滿足以下性能指標：調整時間ts<0.2s，超調量σP<25%，穩(wěn)態(tài)誤差ess=00；3．根據調試過程，總結串聯校正控制規(guī)律；4．記錄校正環(huán)節(jié)的參數。實驗注意事項1、注意電機運行時，不要接觸指針，防止劃傷；不要