控制工程大作业打印轮的控制分析建筑工程造价_建筑-工程造价.pdf
控制工程基础大作业 打印机中打印轮控制系统分析 学院：机械工程及自动化学院 班级：车辆工程2班 姓名：学号：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 1 图 1 所示为打印机中打印轮控制系统的原理图。系统由打印轮（负载）、直流电动机及用于速度反馈的增量编辑器等组成。打印轮一般有 96 个字符位置。控制打印轮的位置，就是使需要的字符放在硬拷贝打印锤前。打印轮直接安装在电动机轴上能在正反两个方向旋转。编码器是一种将直线或旋转位移变换为数码或脉冲信号的装置。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。对于编码器误差检测器，有 )()()(ttttoi.)()(stKtee.位置控制功率给定位置信号控制器速度控制放大器直流电动机打印轮负载图图所示为打印机中打印轮控制系统的原理图系统由打印轮负载直流电动机及用于速度反馈的增量编辑器等组成打印轮一般有个字符位置控制打印轮的位置就旋转位移变换为数码或脉冲信号的装置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附近后通过位置控制方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对于编码器误差检测器有式中编码器增益在位置控制方式中微处理机只不过把编码器的输出与给定参考位置进行比较在送出与该两式中：sK编码器增益。在位置控制方式中，微处理机只不过把编码器的输出与给定参考位置进行比较，在送出与该两信号之差成比例的误差信号。对于增益为AK的功率放大器，有 )()(ateKteA.对于永磁直流电动机，有 )()()()(atetetiRdttdiLbaaaa.)()(twKteMbb.)()(TtiKtTaM.)()()(tTtBwdttdwJMMM.式中：bK电动机反电动势常数；TK电动机转矩常数；Mw电动机转速；MT电动机输出转矩；J折算到电动机轴上的总转到惯量；B折算到电动机轴上的总粘贴阻尼系数；其余符号意义见图 1。电动机输出量为 )(d(dtwttMM）.)()(ottM.（1）取式 的拉氏变换，可以画出以i为输入、o为输出的系统 框图，如图 2 所示。位置控制功率给定位置信号控制器速度控制放大器直流电动机打印轮负载图图所示为打印机中打印轮控制系统的原理图系统由打印轮负载直流电动机及用于速度反馈的增量编辑器等组成打印轮一般有个字符位置控制打印轮的位置就旋转位移变换为数码或脉冲信号的装置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附近后通过位置控制方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对于编码器误差检测器有式中编码器增益在位置控制方式中微处理机只不过把编码器的输出与给定参考位置进行比较在送出与该两 图 2 由此可求出系统闭环传递函数为 TAsTbaaTAioKKKsKKTssTBsRKKKsss)1)(1()()()(s 开环传递函数为 s)1)(1()(TbaaTAsKKTssTBsRKKKsG 式中，aaRLT a；BJT。现取aR=1，aL=0.04L，J=0.12kg m,radVK/1b,TK=1.2Nm/A，B=0.2Nms/rad，sK=4，AK=2。代入以上数据得出 6.94.108.1004.06.9)s(23SSS SSSsG4.108.1004.06.9)(23（2）当0aL时 6.94.11.06.9)(2SSs SSsG4.11.06.9)(2 位置控制功率给定位置信号控制器速度控制放大器直流电动机打印轮负载图图所示为打印机中打印轮控制系统的原理图系统由打印轮负载直流电动机及用于速度反馈的增量编辑器等组成打印轮一般有个字符位置控制打印轮的位置就旋转位移变换为数码或脉冲信号的装置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附近后通过位置控制方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对于编码器误差检测器有式中编码器增益在位置控制方式中微处理机只不过把编码器的输出与给定参考位置进行比较在送出与该两（3）利用 Matlab 软件绘制该二阶系统的单位阶跃响应曲线,其程序如下：num=9.6;den=0.1 1.4 9.6;step(num,den);grid 该系统的单位阶跃响应曲线如图 3 所示 图 3 由图 3 可得该系统的上升时间rt=0.222s 峰值时间pt=0.461s 最大超调量pM=4.04%调整时间st=0.606s 振荡次数 N=1 位置控制功率给定位置信号控制器速度控制放大器直流电动机打印轮负载图图所示为打印机中打印轮控制系统的原理图系统由打印轮负载直流电动机及用于速度反馈的增量编辑器等组成打印轮一般有个字符位置控制打印轮的位置就旋转位移变换为数码或脉冲信号的装置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附近后通过位置控制方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对于编码器误差检测器有式中编码器增益在位置控制方式中微处理机只不过把编码器的输出与给定参考位置进行比较在送出与该两（4）利用 Matlab 软件对该二阶系统进行稳态分析 判断系统稳定性：求该系统的闭环极点 Matlab 计算程序：num=9.6;den=0.1 1.4 9.6;p,z=pzmap(num,den);pzmap(num,den);title(Pole-Zero Map);hold on;roots(den)计算结果：ans=-7.0000+6.8557i -7.0000-6.8557i 系统的闭环零极点分布如图 4 所示。位置控制功率给定位置信号控制器速度控制放大器直流电动机打印轮负载图图所示为打印机中打印轮控制系统的原理图系统由打印轮负载直流电动机及用于速度反馈的增量编辑器等组成打印轮一般有个字符位置控制打印轮的位置就旋转位移变换为数码或脉冲信号的装置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附近后通过位置控制方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对于编码器误差检测器有式中编码器增益在位置控制方式中微处理机只不过把编码器的输出与给定参考位置进行比较在送出与该两 由计算结果可知，该系统的 2 个闭环极点均具有副实部，故系统稳定。求系统的稳态误差：Matlab 程序为：num=9.6;den=conv(1 0,01 1.4 9.6);s1=tf(num,den);sys=feedback(s1,1);t=0:0.01:0.1;num1=sys.num1;den1=sys.den1,0,0;sys1=tf(num1,den1);y1=step(sys1,t);位置控制功率给定位置信号控制器速度控制放大器直流电动机打印轮负载图图所示为打印机中打印轮控制系统的原理图系统由打印轮负载直流电动机及用于速度反馈的增量编辑器等组成打印轮一般有个字符位置控制打印轮的位置就旋转位移变换为数码或脉冲信号的装置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附近后通过位置控制方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对于编码器误差检测器有式中编码器增益在位置控制方式中微处理机只不过把编码器的输出与给定参考位置进行比较在送出与该两 num2=1;den2=1 0 0 0;sys2=tf(num2,den2);y2=impulse(sys2,t);subplot(121),plot(t,y2,y1),grid subplot(122),es=y2-y1;plot(t,es),grid ess=es(length(es);ess 其结果为：0050.0sse 误差曲线图 5 所示 图 5（5）利用 Matlab 软件绘制该系统的伯德图,其程序如下：位置控制功率给定位置信号控制器速度控制放大器直流电动机打印轮负载图图所示为打印机中打印轮控制系统的原理图系统由打印轮负载直流电动机及用于速度反馈的增量编辑器等组成打印轮一般有个字符位置控制打印轮的位置就旋转位移变换为数码或脉冲信号的装置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附近后通过位置控制方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对于编码器误差检测器有式中编码器增益在位置控制方式中微处理机只不过把编码器的输出与给定参考位置进行比较在送出与该两 num=9.6;den=0.1 1.4 0;bode(num,den)grid 该系统的伯德图如图 6 所示 图 6 利用 Matlab 软件绘制该系统的尼奎斯特图,其程序如下：num=9.6;den=0.1 1.4 0;nyquist(num,den)grid 该系统的尼奎斯特图如图 7 所示 位置控制功率给定位置信号控制器速度控制放大器直流电动机打印轮负载图图所示为打印机中打印轮控制系统的原理图系统由打印轮负载直流电动机及用于速度反馈的增量编辑器等组成打印轮一般有个字符位置控制打印轮的位置就旋转位移变换为数码或脉冲信号的装置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附近后通过位置控制方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对于编码器误差检测器有式中编码器增益在位置控制方式中微处理机只不过把编码器的输出与给定参考位置进行比较在送出与该两 图 7 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=0.1 1.4 0;num=9.6;gm,pm,wcg,wcp=margin(num,den)结果为：gm=Inf pm=65.9090 wcg=Inf wcp=6.2599 所以该系统的稳定裕量：无幅值裕度 相角裕度 pm=65.9090 穿越频率：无幅值穿越频率 相位穿越频率wcg=6.2599srad 位置控制功率给定位置信号控制器速度控制放大器直流电动机打印轮负载图图所示为打印机中打印轮控制系统的原理图系统由打印轮负载直流电动机及用于速度反馈的增量编辑器等组成打印轮一般有个字符位置控制打印轮的位置就旋转位移变换为数码或脉冲信号的装置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附近后通过位置控制方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对于编码器误差检测器有式中编码器增益在位置控制方式中微处理机只不过把编码器的输出与给定参考位置进行比较在送出与该两
