哈工大机电控制大作业资料
成绩机电系统控制基础大作业一基于MATLAB的机电控制系统响应分析姓名学号班级1108110班学院机电工程学院哈尔滨工业大学20 13年11月5日1作业题目1 .用MATLAB绘制系统，25的单位阶跃响应曲线、单位斜坡响应曲线。R(s) s1 2 4s 252 .用MA TLAB求系统 )2 25的单位阶跃响应性能指标：上升时间、峰值时R(s) S2 4s 25 间、调节时间和超调量。3 .数控直线运动工作平台位置控制示意图如下：伺服电机光栅尺工作台给定环节比较环节放大环节Ka * Kb*X J IF3 4-负载螺纹传动 滚珠丝杠伺服电机原理图如下：2题目1源代码：t=0:0.01:5;u=t;C=25,R=1,4,25;G=tf(C,R);y1,T=step(G,t)；1假定电动机转子轴上的转动惯量为J，减速器输出轴上的转动惯量为上，减速器减速比为i，滚珠丝杠的螺距为P，试计算折算到电机主轴上的总的转动惯量2假定工作台质量m，给定环节的传递函数为Ka，放大环节的传递函数为Kb，包括检测装置在内的反馈环节传递 函数为Kc，电动机的反电势常数为Kd，电动机的电磁力矩常数为Km，试建立该数控直线工作平台的数学模型，画出其 控制系统框图；(3)忽略电感L时，令参数Ka=K c=K d=R=J= 1，Km=10，P/i=4兀，利用MA TLAB分析kb的取值对 于系统的性能的影响。y2=lsim(G,u,t);subplot(121),plot(T,y1,);xlabel( t(sec), ),ylabel( x(t); grid on;subplot(122),plot(t,y2, ); grid on;xlabel( t(sec) ),ylabel( x(t);仿真结果及分析：3 题目 2 源代码：t=0:0.001:1；yss=1 ;dta=0.02;C=25,R=1,4,25;G=tf(C,R);y=step(G,t)；r=1; while y(r)<yss;r=r+1; end tr=(r-1)*O.OO1;ymax,tp=max(y);tp1 =(tp-1 )*0.001; mp=(ymax-yss)/yss;ends=1001; while y(s)>1-dta && y(s)<1 +dta;s=s-1; ts=(s-1)*0.001;tr tp1 mp ts仿真结果及分析：C = 25 ans = 0.4330 0.6860 0.2538 1.0000由输出结果知：上升时间为0.4330秒，峰值时间为0.6860秒，最大超调量为0.2538，调整时间1.0000秒。4题目3源代码：symss;t=0:0.001:2;b=0.1 ;num1 =20*b;den1 =1 10 num1;G1=tf(num1 ,den1); b=1 ;num2=20*b;den2=1 10 num2;G2=tf(num2,den2);b=10;num3=20*b;den3=1 10 num3;G3=tf(num3,den3); b=100;num4=20*b;den4=1 10 num4;G4=tf(num4,den4);y1 ,T=impulse(G1 ,t);y1 a,T=step(G1 ,t);y2,T=impulse(G2,t);y2a,T=step(G2,t)；y3,T=impulse(G3,t);y3a,T=step(G3,t)；y4,T=impulse(G4,t);y4a,T=step(G4,t);figureplot(T,y1,T,y2,T,y3,T,y4, 7 , lineWidth ,2);legend( b=O.V , fb=1,b=1 O,6=100);title(不同b取值下的单位脉冲响应);xlabel( t(sec) );ylabel( x(t) );grid on; figure,LineWidth ,2);plot(T,y1 a,T,y2a,T,y3a, ,T,y4a,legend( b=0.V, b=1，b=10 Jb=10(T );title( ,不同b取值下的单位阶跃响应);xlabel( t(sec), );ylabel( x(t) );grid on;E FigureI 回 WJdsyms s;t=0:0.001:5;b=0.1 ;num1 =20*b;den1 =1 10 num1;G1 =tf(num1 ,den1); b=1 ;num2=20*b;den2=1 10 num2;G2=tf(num2,den2); b=10;num3=20*b;den3=1 10 num3;G3=tf(num3,den3);b=100;num4=20*b;den4=1 10 num4;G4=tf(num4,den4);y1=step(G1,t)；y2=step(G2,t)；y3=step(G3,t)；y4=step(G4,t)；Plot(t,y1,t,y2, 1-? ,t,y3, ,t,y4, LineWidth, ,2);legend(b=0.1,b=1, Jb=10，b=100);title(不同b取值下的系统时间响应)；xlabel( t(sec)1 );ylabel( x(t) );grid on;yss=1 ;dta=0.02;r=1；while y1(r)<yss&r<5001;r=r+1;end tr1=(r-1 )*0.001; disp( tr1 =); disp(trl);ymax,tp=max(y1); tp1=(tp-1)*0.001; disp( tp1 =);disp(tpl); mp1 =(ymax-yss)/yss; disp( mp1=); disp(mpl);s=5001;while y1(s)>1-dta&y1(s)<1 +dta;s=s-1;end ts1=(s-1)*0.001; disp( ts1 =); disp(tsl);r=1；while y2(r)<yss&r<5001; r=r+1;endtr2=(r-1)*0.001;disp( *tr2=);disp(tr2); ymax,tp=max(y2); tp2=(tp-1)*0.001; disp( p2=);disp(tp2); mp2=(ymax-yss)/yss; disp( mp2=); disp(mp2);s=5001;while y2(s)>1 -dta&y2(s)<1 +dta;s=s-1;end ts2=(s-1)*0.001; disp( ts2=); disp(ts2);r=1；while y3(r)<yss;r=r+1;end tr3=(r-1)*0.001; disp( ftr3=*); disp(tr3);ymax,tp=max(y3); tp3=(tp-1)*0.001; disp( tp3=);disp(tp3); mp3=(ymax-yss)/yss; disp( mp3=); disp(mp3);s=5001;while y3(s)>1 -dta&y3(s)<1 +dta;s=s-1;end ts3=(s-1)*0.001; disp( ts3=); disp(ts3);r=1；while y4(r)<yss;r=r+1;end tr4=(r-1)*0.001; disp( ftr4="); disp(tr4);ymax,tp=max(y4); tp4=(tp-1)*0.001; disp( tp4=); disp(tp4);mp4=(ymax-yss)/yss; disp( mp4=); disp(mp4);s=5001;while y4(s)>1 -dta&y4(s)<1 +dta;s=s-1;end ts4=(s-1)*0.001; disp( ts4=); disp(ts4);00,511.522533 544.55t(sec)仿真结果及分析b上升时间tr/s峰值时间tp/s最大超调量mp/%调整时间ts/s0.1010100.14700.237030.500.77401000.03800.071070.220.78203.1设小齿轮所在的轴为轴，大齿轮所在的轴为轴。Ti，丁2，丁3分别为总负载，小齿轮和大齿轮的负载，T为轴输入转矩。根据力平衡原理，轴的力平衡方程分别为工=3-1 +12 , T2 = J2-+T312分别为小齿轮和大齿轮的角速度dtdt根据轴输入转矩丁2是由轴上的负载转矩获得的，与且它们的转速成反比，所以有:将工作台质量折算到轴。在工作台和丝杠间，T3驱动丝杠使工作台运动。根据动力平衡关系，即丝杠转动一周所做的功等于工作台前进一个导程时其惯性力所做的功，有2 T3mv为工作台位移时的线速度, P为导程。又根据传动关系有:PPv2 12 2i联立以上各式有：1 d 1 P dtB 222 J2i12ddt1由于d1dtJ Ji m1i2222首先求直流电机传递函数:1）电枢回路电压平衡方程:La dt-Ea是反电动势,它是电枢旋转时产生的反电动势。并且有EaKdt2）电磁转矩方程3）电动机轴上的转矩平衡方程M t Kmi(t)J dt M tdt消去 iat，Ml t，Ead。d t，得 LJ 2 RJKmKdtKmUa t对上式进行拉式变换有:LJsf RJs KmKdS KmUa SKmm得直流电机传递函数:UaS LJs2 RJs KmKd3.3b取不同值时对系统的影响：P/i =4兀，代入控制模型,则( 心均用b表示)令 L=0、 Ka=Kc=Kd=R=J=1，Km=1 0，得系统开环传递函数:20b闭环传递函数：G(s)20b10s 20b由二阶系统的典型传递函数Xo(s)Xi(s)s2 2nn2 . n 2Mb可知：0vbv125时，系统为过阻尼系统；b=1.25时，系统为临界阻尼系统；b>1.25时，系统为欠阻尼系统。
