转子绕线机控制系统的分析与仿真1

滨江学院

自动控制原理综合实验题目转子绕线机控制系统的分析与仿真

院系xxxxxxx

专业xxxxxxxxxxxxx

学生姓名xxxxxxxxxxxxx

学号xxxxxxxxxxxx

指导教师xxxxxx

二Ｏ一二年6 月6 日

目录

1．系统介绍 (3)

2．物理模型图 (3)

3. 系统分析 (3)

3.1 部分电路图 (3)

（1）增益放大器 ........................................................... 错误!未定义书签。

（2）步进电机 ............................................................... 错误!未定义书签。

（3）直流电机 ............................................................... 错误!未定义书签。

3.2 各部分元件传递函数 (6)

3.3 位置随动系统的结构框图 (6)

3.4 相关函数的计算 (6)

4.系统稳定性分析 (6)

4.1 代入参数值 ..................................................................... 错误!未定义书签。

4.2 根轨迹 (7)

4.3 Bode图 (8)

4.4 系统阶跃响应 (9)

5 系统动态性能分析 (10)

5.1延迟时间的计算 (10)

5.2 上升时间的计算 (10)

5.3峰值时间的计算 (10)

5.4 超调量的计算 (10)

5.5 调节时间的计算 (11)

5.6 使用MATLAB求系统各动态性能指标 (11)

5.7 人工计算与MATLAB计算的结果比较及误差分析 (13)

6系统仿真 (13)

7总结与体会 (15)

参考文献 ................................................................................. 错误!未定义书签。

1．系统介绍

转子绕线机，顾名思义绕线机是把线状的物体缠绕到特定的工件上的机器。原电动工具行业常用手动绕线设备效率低、精度差，不能适应电动工具行业生产规模化发展的需要。本设计是通过改进电动机转子线圈的绕制方式完成设计一种转子绕线机，旨在提高电枢制造的自动化程度，减轻绕线劳动强度，提高电枢的整体质量，实现绕线槽满率高，绕线圈数精确，降低废品率，同时兼顾操作者的方便性。它用直流电机来缠绕铜线，能快速准确地绕线，并使线圈连贯坚固。采用自动绕线机后，操作人员只需从事插入空的转子，按下启动按钮和取下绕好线的转子等简单操作。

2．物理模型图

图1转子绕线机控制系统的原理框架图

3.系统分析

3.1 部分电路图

G(s)= K1,则系统的速度误差： e(∞)= 50

K1

电阻

图2增益放大器

（2）步进电机：步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

_

图3步进电机

（3）直流电机：定义输出或输入为直流电能的旋转电机，它是能实现直流

电能和机械能互相转换的电机。 保险

图4直流电机

3.2 各部分元件传递函数

（1）增益放大器：1

TS K G1(s)+= （2）步进电机： 1(s)

2(s)

G 2(s)θθ= （3）直流电机： 1

TS K G3(s)+=

3.3 位置随动系统的结构框图

图5结构框图

3.4 相关函数的计算

开环传递函数：

4.系统稳定性分析

4.1 代入参数值

已知转子绕线机控制系统的开环传递函数是： )

10)(2()(++=

s s s K

s G （静态误差系数115-≥s K v ）

1

1

)(++=Ts bTs s G c 1

1520/)(lim -→≥==s K s sG K s v

所以最小的K 值为： K=300 故：)

10)(2(300

)(++=s s s s G

相位裕度：

先求穿越频率221004300

|10||2|||300)(ω

ωωω++=+⨯+⨯=

s s s A

传递函数为：

4.2根轨迹

用如下程序将传递函数在MATLAB 中表示出来:

num=[300] den=[1,12,20,0] sys=tf(num,den)

用MA TLAB 显示为:

用如下程序将传递函数的根轨迹图在MA TLAB 中表示出来: num=[300] den=[1,12,20,0] rlocus(num,den)

用MA TLAB 做出的根轨迹如图6所示:

11

)(++=Ts bTs s G c