机电控制系统大作业基于MATLAB的机电控制系统响应分析.doc

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 作业题目 用MATLAB绘制系统的单位阶跃响应曲线、单位斜坡响应曲线。 2. 用MATLAB求系统的单位阶跃响应性能指标：上升时间、峰值时间、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： 伺服电机原理图如下： 假定电动机转子轴上的转动惯量为J1，减速器输出轴上的转动惯量为J2，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J； (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=Kc=Kd=R=J=1，Km=10，P/i=4π，利用MATLAB分析kb的取值对于系统的性能的影响。 题目1 (给出操作过程、仿真结果及分析、源代码) 操作过程：创建m文件结果： clear all; t=[0:0.01:0.8]; % nG=[25]; dG=[1 4 25];G1=tf(nG,dG); % [y1a,T]=step(G1,t);[y1b,T]=lsim(G1,t,t); % subplot(121),plot(T,y1a,-,T,y1b,--) legend(单位阶跃响应,单位斜坡响应) xlabel(t(sec)),ylabel(x(t));grid on ： 操作过程：创建m文件结果： close all; % t=0:0.001:1; % yss=1;dta=0.02; % nG=[25]; dG=[1 4 25];G1=tf(nG,dG); [y1a,T]=step(G1,t); % r=1;while y1a(r)yss;r=r+1;end tr1=(r-1)*0.001; % [ymax,tp]=max(y1a);tp1=(tp-1)*0.001; % mp1=(ymax-yss)/yss; % s=1001;while y1a(s)1-dta y1a(s)1+dta;s=s-1;end ts1=(s-1)*0.001; [tr1 tp1 mp1 ts1] 运行结果：ans= 0.4330 0.6860 0.2538 1.0000 0.4330 0.6860 0.2538 1.0000 题目3 解：(1). 等效到转动惯量J 上的转动惯量J2到电机主轴22=J2/i2 丝杠到工作台的减速比2=2π/L 电动机到工作台的减速比i0=i1i2 工作台的质量等效到为Jm=m/i02 J=J1+J22+Jm=J1+J22+Jm=J1+J2/i2+m/(2iπ/P)2 (2).系统方框图 给定环节Ka 放大环节Kb 反馈环节Kc 直流伺服电机、减速器、丝杠和工作台将直流伺服电机输入电压ud，丝杠和工作台相当于电动机的负载。 电动机电枢电压，输出为工作台位置时的传递函数 GdK/s(Ts+1) 式中 本题中D=1 则系统的开环传递函数为 (3)源代码： Ka=1 Kc=1 Kd=1 R=1 J=1 Km=10 Kb= T=R*J/(R+Kd*Km) i0=0.5; K=Km/i0/(R+Km*Kd) t=[0:0.01:2]; yss=1;dta=0.02; nG=[K*Ka*Kb] dG=[T 1 K*Kb*Kc] G=tf(nG,dG); [y,T]=step(G,t); [ymax,tp]=max(y);tp=(tp-1)*0.001; mp=(ymax-yss)/yss; s=1;while y(s)1-dtay(s)1+dta;s=s-1;end ts=(s-1)*0.001; [y1a,T]=step(G,t); r=1;while y1a(r)yss;r=r+1;end tr=(r-1)*0.001; [tr tp mp ts] 运行结果如下： ans?=????0.0160????0.0240????0.2655?????????0 b的值，将上述代码中的Kb=Kb=50,运行结果如下： ans = 0.0060 0.0100 0.5739 0 b的值，将上述代码中的Kb=Kb=100,运行结果如下： ans?=???0.0040?? 0.0070??0.6771??? ?0b增加tr值减小，tp值减小，mp值增加，而ts值恒为零。 机电系统控制基础