自动控制原理期末作业.docVIP

自动控制原理作业 3-16.一种新型轮椅装有一种非常实用的速度控制系统，使颈部以下有残疾的人士也能自行驾驶这种轮椅，该系统在头盔上以90度间隔安装了四个速度传感器，用来指示前后左右四个方向，头盔传感器系统的综合输出与头部运动的幅值成正比。图3-51给出了该控制系统的结构图，其中时间常数T1=0.5s，T3=1s，T4=0.25s。要求：1）确定使系统稳定的K的取值（K=K1K2K3）；2）确定增益K的取值，使系统单位阶跃响应的调节时间等于4s(Δ=2‰),计算此时系统的特征根，并用MATLAB方法确定系统超调量σ%和调节时间ts(Δ=2‰). ＋－ 5-18.在脑外科，眼外科等手术中，患者肌肉的无意识运动可能会导致灾难性后果。为了保证合适的手术条件，可以采用控制系统实施自动麻痹，以保证稳定的用药量，使患者肌肉放松。图5-50为麻醉控制系统模型，试确定控制器增益K的时间常数τ，使系统谐振峰值Mr=1.5,并确定相应的闭环带宽频率。 图5-50麻醉控制系统 解：在频域中设计控制器参数的方法，并零极点相消来简化系统。 选τ=0.5，可以使系统简化成二阶系统，其开环传递函数为： 其闭环特征方程： 可整理得： 所以有: 取Mr =1.5,有教材中式6-1，得知： 解出 所以有： 由教材中6-3算出带宽频率： 用MABLAB验证，闭环系统的图如图所示： 由图可知 K=12.89;tou=0.5; G1=tf(K*[tou,1],[0.1,1]); G2=tf([1],conv([0.5,1],[0.5,1])); G0=series(G1,G2); G=feedback(G0,1); bode(G); grid 6-10热轧场的主要工序是将炙热的刚胚扎成具有预定厚度和尺寸的钢板，所得到的最终产品之一是宽度为3300mm，厚度为1800mm的标准板材。图6-33给出了热轧厂主要设备的示意图，他有两台主要的混扎台：1号台与2号台。混扎台上装有直径为508mm的大型混扎台，由4470KW大功率电机驱动，并通过大型液压缸来调节轧制厚度和力度。热轧厂的典型工作流程是：刚胚首先在熔炉中加热，加热后的刚胚通过1号台，被混轧机轧制成具有预期宽度的刚胚，然后通过2号台，幽魂轧机轧制成具有预期厚度的钢板，然后再由热平整设备加以平整成型。热轧机系统控制的关键技术是通过调整混札机的间隙来控制港版的厚度，热轧机控制系统框图如图所示，其中 而为具有两个相同实零点的PID控制器，要求： 选择PID控制器的零点和增益，是闭环系统具有两个相等的特征根； 考察（1）中得到的闭环系统，给出不考虑前置滤波器与配置适当时，系统的单位阶跃响应； 当时，计算系统对单位阶跃扰动的响应。 图6-33 热轧机控制系统 解：已知： 选择： 当取K=4.Z=1.25时，有 系统开环传递函数 闭环传递函数： 当不考虑前置滤波器时，单位阶跃响应输入作用下的系统输出： 单位阶跃响应曲线如图1中实线所示。 当考虑前置滤波器时，选 则系统在单位阶跃输入作用下的系统输出： 系统单位阶跃响应曲线如图1中虚线所示。 当R（s）=0,N(s)=1/s时，扰动作用下的不换传递函数： 系统输出： 单位阶跃扰动响应曲线如图2所示。 用MATLAB验证： K=4;z=1.25; G0=tf(1,conv([1,0],[1,4,5])); Gc=tf(K*conv([1,z],[1,z]),[1,0]); Gp=tf(1.5625,conv([1,z],[1,z])); G1=feedback(Gc*G0,1); G2=series(Gp,G1); G3=-feedback(G0,Gc); t=0:0.01:10; [x,y]=step(G1,t); [x1,y1]=step(G2,t); figure(1);plot(t,x,-,t,x1,:);grid figure(2);step(G3,t); Grid 图1 图2 头部 动作 头盔上的传 感器 轮椅动力学模型 放大器 K2 预期 速度 实际 速度 C(s) 实际松弛程度 R(s) 预期松 弛程度 ＋ 人 控制器 － 扰动 C(s) 厚度 R(s) 预期厚度 ＋ － ＋ －