201404703028系统辨识..docVIP

研 究 生 课 程 实 验 封 面 课程名称： 报告题目： 学生学号： 学生姓名： 任课教师： 学位类别： 评分标准及分值 选题与参阅资料 （分值 10 ） 报告内容 （分值 60 ） 报告表述 （分值 20 ） 创新性 （分值 10 ） 评分 报告评语： 总 评 分 评阅教师: 评阅时间 年 月 日 注：此表为每个学生的报告封面，请任课教师填写分项分值 1 系统辨识部分 1.1 题目 直流电动机的辨识与自适应系统设计与仿真 1.1.1 工作原理 图1是一台最简单的直流电动机的模型，N和S是一对固定的磁极(一般是电磁铁，也可以是永久磁铁)。磁极之间有一个可以转动的铁质圆柱体，称为电枢铁芯。铁芯表面固定一个用绝缘导体构成的电枢线圈abcd，线圈的两端分别接到相互绝缘的两个弧形铜片上，弧形铜片称为换向片，它们的组合体称为换向器。在换向器上放置固定不动而与换向片滑动接触的电刷A和B，线圈abcd通过换向器和电刷接通外电路。电刷铁芯、电刷线圈和换向器构成的整体称为电枢。 此模型作为电动机运行时，将直流电源加于电刷A和B，例如将电源正极加于电刷A，将电源负极加于电刷B，则线圈abcd中流过电流。在导体ab中，电流由a流向b，在导体cd中，电流由c流向d。载流导体ab和cd均处于N和S极之间的磁场中，受到电磁力的作用。电磁力的方向由左手定则确定，可知这一对电磁力形成一个转矩，称为电磁转矩，转矩的方向为逆时针方向，使整个电刷逆时针方向旋转。当电刷旋转180度，导体cd和ab交换位置，如图1所示。由于电流仍从电刷A流入，使cd中的电流变为由d流向c，而ab中的电流由b流向a，从电刷B流出，用左手定则判别可知，电磁转矩的方向仍是逆时针方向。 由此可见，加于直流电动机的直流电流，借助换向器和电刷的作用，变为电枢线圈中的交变电流。这种将直流电流变为交变电流的过程称为逆变。由于电刷线圈所处的磁极也是同时交变的，这使电刷产生的电磁转矩的方向恒定不变，从而确保直流电动机朝确定的方向连续旋转。这就是直流电动机的基本工作原理。 图1 直流电机工作的基本工作原理 直流电机电枢回路的电路方程是： (1.1) ， 是加到电机两端的电压； 是电机反电势； 是电枢电流； 是电枢回路总电阻； 是电枢回路总电感； 称为电枢回路电磁时间常数。 并且反电动势与电机角速度成正比： (1.2) 中，称为反电势系数； 为电机轴的转角。 对于电机而言,其转动轴上的力矩方程为： (1.3) 中，是电机的力矩系数； 是负载力矩； 是电机电枢的转动惯量。 对式（1.1）、（1.2）、（1.3）进行拉氏变换得到： (1.4) 到转速的传递函数： (1.5) 很明显的看出，这是个典型的二阶系统的传递函数。 1.4 系统的输入与输出 由方程组可以得到相应的电动机数学模型的结构框图： 图直流电动机数学模型结构框图 系统的输出：电机转速 1.5 系统的数据采集 图 直流电动机的输入给定电压通过A/D转换给于Mcu，同时直流电动机的输出转速经编码器测量得到，将脉冲数送于Mcu，Mcu再经串口将数据发送给电脑。此时，电动机系统的输入与输出也得知，便可通过电脑分析求解出电机的系统模型。其中，A/D转换采用16位精度，输入电压范围7~11V，100Hz采样频率的芯片；编码器采用500线精度，表示电机每转一圈，输出500个脉冲。 1.6 输入信号的选择 输入采用幅值为7V的方波信号，如图4所示。 图，现取电机的传递函数为： (1.6) 对上式做z变换，得到离散化的传递函数为： (1.7) 将其转换为差分方程为： 当然，一个系统并不都是理想的系统，表示方差为零的系统干扰，于是差分方程就变为： =-0.7859，=0.3679，=59.