控制工程三级项目(DOC)

燕山大学

控制工程基础三级项目机加工作台控制系统仿真分析

汇报书

学院：机械工程学院

班级： 11级机控2班

开课学期： 2013 -2014秋季学期

指导老师：姚静

小组成员: 曲艳行彭力贾馥铭

周崇峰李威

2013年11月17日

小组成员基本信息

一、绪论

1.1研究背景

装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度 ,数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的使能技术和最基本的装备 ,又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术 ,而数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品 ,其技术范围覆盖很多领域。

机加工作台控制系统正是在机电一体化的基础上，利用数字反馈信号实现对工作台的运动控制。在机加系统中，工作台运动控制系统是一个极其重要的定位系统，系统可以使工作台运动到指定位置，工作台在每个轴上由电机和导引螺杆驱动，这里我们只研究X轴上的运动。

1.2研究目的

通过数字控制器控制工作台在X轴方向的运动，并使该控制系统具有与连续控制系统非常相近的响应能力。给定的设计要求是：（1）超调量小于5%。（2）具有最小调整时间（2%准则）和上升时间。

1.3研究内容

工作台控制系统的控制工作过程。工作台控制系统机构和工作台示意图如图1-1所示，通过检测工作台实际位置并把位置信号传送到传感器，传感器连同位置命令输入到计算机中，经过计算机的计算分析再输入到零阶保持器，最终输入到电动机来控制工作台的位置坐标。

二、系统建模研究

在机加系统中，工作台运动控制系统是一个极其重要的定位系统，系统可以使工作台运动到指定位置，工作台在每个轴上由电机和导引螺杆驱动，这里我们只研究X轴上的运动。X轴上的运动控制系统框图如图1-2。

设工作台控制系统的构成如图2-1，其中采用了功率放大器和直流电动机作为受控对象，其传递函数为

G p（s)=1/s(s+10)(s+20)

三、时域分析和频域分析

上图为利用Matlab软件绘制的传函框图。从而进行时域和频域分析。

3.1时域分析

注：浅蓝K=900.红色K=800.绿色K=700.深蓝K=600.紫色K=500.黄色曲线为串联超前校正装置后的曲线。

上图为表示性能指标的响应曲线。下表为采用不同控制器的响应性

3.2频域分析

上图为不同控制参数下的对数频率特性图（Bode图）。

相角裕度越大系统稳定性越好，所以由上表可得校正后的装置最稳定。

四、结论

根据根轨迹法取G c(s)=K(s+1)/(s+64)，校正后的系统的相角裕度为79.71大于K=500,600,700,800,900时的数值，所以将控制器取为超前校正网络后系统的稳定性有提高。将控制器取为超前校正网络，通过校正装置产生的超前相角，补偿原有系统过大的相角滞后，即补偿系统开环频率特性在幅值穿越频率W c处的相角滞后，以增加系统的相角稳定裕度，从而提高系统的稳定性，改善系统的动态品质。

五、心得体会

在本次课程设计期间，我们克服了种种难题。虽然时间紧迫，但我们小组还是较为出色地完成了任务。在此期间我们小组成员通力合作，既各司其职又相互合作，成功地发现问题并解决问题。

虽然本学期的控制工程课程已经结束，但通过这次三级项目我们发现还有许多知识我们没有理解和掌握，更不能去熟练地运用它们。这次课设很好的检验了我们的知识水平和应用能力，也使我们认识到我们还差得很多，还需要更加努力去学习。

六、组内互评