2022年打印轮控制系统的建模与仿真 .pdf
课程设计（论文）题目：打印轮控制系统的建模与仿真学院：飞行器工程学院专业名称：飞行器设计与工程班级学号：学生姓名：指导教师：二 O 一一年 十二月名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 10 页 - - - - - - - - - M微处理机控制器功率放大器位置控制给定位置信号im=o直流电动机RaLa打印轮（负载）速度控制图 2-1 打印轮控制系统打印轮控制系统的控制目标是控制打印轮的位置。其原理是：当给出打印某个字符的指令时， 通过指令传输电路， 控制系统首先将它转换成总距离及行进方向信号，然后命令电动机驱动打印轮去校正位置。在此过程中， 控制系统首先通过速度控制方式， 驱动电动机打印轮系统按一定规律的转速旋转。当负载驱动到希望的位置附近后， 通过位置控制方式， 把位置误差控制到零， 驱动打印轮在没有延迟或过大震荡的条件下尽快精确到位。一、研究内容1）假若电机定子相绕组R=0.5，自感 L=0.02L，转动惯量 J=0.05kg.m2，电势系数 0.5V/rad ，电磁转矩系数0.6Nm/A，阻尼系数为0.1Nms/rad ，其他参数自定，建立系统处于位置控制方式时的系统方框图及其开环传递函数；打印轮位置控制系统框图闭环传递函数：开环传递函数：TasTbaaTasioKKKsKKTssTCsRKKKsss)1)(1()()()(sKKTssTCsRKKKsGTbaaTas) 1)(1()(名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 10 页 - - - - - - - - - 现在选择编码器增益2sK功率放大器增益2aK即开环增益4.26 .022K闭环传递函数：开环传递函数：2）绘制该系统的开环乃氏图和Bode，计算系统的开环增益；记录系统的稳定裕量、幅值穿越频率、相位穿越频率、并判断闭环系统的稳定性。求系统的开环乃氏图解MATLAB 程序如下：den=0.001 0.027 0.35 0; num=2.4; nyquist(num,den) 系统的开环乃氏图求系统的开环 Bode图解 MATLAB 程序如下：den=0.001 0.027 0.35 0; num=2.4; bode(num,den) grid 4 .235. 0027.0001. 04.2)(23sss35. 0027. 0001.04. 2)(23sss名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 10 页 - - - - - - - - - 系统的开环 Bode图系统的开环增益即4.26. 022K求系统的稳定裕量、幅值穿越频率、相位穿越频率MATLAB 程序如下：den=0.001 0.027 0.35 0; num=2.4; gm,pm,wcg,wcp=margin(num,den) 结果： gm = 3.9375 pm = 59.0284 wcg = 18.7083 wcp = 6.7634 稳定裕量：幅值裕度gm = 3.9375 相角裕度pm =0248.59名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 10 页 - - - - - - - - - 幅值穿越频率wcp =6.7634srad /相位穿越频率wcg = 18.7083srad /判断闭环系统的稳定性：闭环系统的的特征方程04 .235.0027.0001.023sssMATLAB 程序f=0.001 0.027 0.35 2.4 f = 0.0010 0.0270 0.3500 2.4000 p=roots(f) p = -14.2581 -6.3709 +11.3020i -6.3709 -11.3020i 可以看出闭环系统的的特征方程根全为负值，可以判断闭环系统是稳定的。3）对于 闭环系统稳定的系统，如果系统输入ttxisin，求系统的稳态输出求系统的稳态输出的MATLAB 程序如下：den=0.001 0.027 0.35 2.4; num=2.4; sys=tf(num,den) Transfer function: 2.4 - 0.001 s3 + 0.027 s2 + 0.35 s + 2.4 u,t = gensig(sin,2*pi); y=lsim(sys,u,t) plot(t,u,y) grid 结果为名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 10 页 - - - - - - - - - 系统输入ttxisin系统的稳态输出结果图4）对该闭环系统在单位阶跃输入下进行时域仿真，并计算时域性能指标。系统的阶跃响应曲线MATLAB 程序num=2.4; den=0.001 0.025 0.35 2.4; step(num,den) grid 系统的阶跃响应曲线名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 10 页 - - - - - - - - - 单位脉冲响应num=2.4 0; den=0.001 0.025 0.35 2.4; step(num,den) grid 单位脉冲响应曲线单位速度响应num=2.4; den=0.001 0.025 0.35 2.4 0; step(num,den) grid 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 10 页 - - - - - - - - - 单位速度响应曲线单位加速度响应num=2.4; den=0.001 0.025 0.35 2.4 0 0; step(num,den) grid 单位加速度响应曲线时域性能指标名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 10 页 - - - - - - - - - 上升时间str269.0峰值时间stp352.0最大超调量09.0pM振荡次数1N5) 、原来系统的低频段、中频段和高频段的特点。6）如果采用 Simulink 仿真，建立系统的仿真模型。打印轮位置控制系统仿真模型名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 10 页 - - - - - - - - - 参考文献：1 王积伟，吴振顺 . 控制工程基础 .2 版. 北京：高等教育出版社，2010 2 程鹏著主编 . 自动控制原理 . 北京：高等教育出版社， 2003 3 周灵著. MATLAB 工程科学计算与典型应用 . 北京：电子工业出版社，2010 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 10 页 - - - - - - - - -
