哈工大机电控制大作业完美高分.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姓 名学 号班 级学 院机电工程学院哈尔滨工业大学2013年 11月13 日机电系统控制基础1.作业题目1. 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：(1)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=4，利用MATLAB分析kb的取值对于系统的性能的影响。2.题目1操作过程 （1）根据题目要求创立传递函数。 由 可知：w， 所以此二阶系统为欠阻尼响应。 （2）绘制响应曲线。 设置仿真时间，绘制单位阶跃响应、单位斜坡响应曲线，设置 X、Y 轴的信息及线型信息等。 用MATLAB绘制系统的单位阶跃响应曲线（左）和单位斜坡响应曲线（右）。仿真结果及分析：两条曲线表达出了单位阶跃响应和斜坡响应情况。程序：t=0:0.01:5;u=1*t;nG=25;dG=1,4,25;G=tf(nG,dG);y1=step(G,t);y2=lsim(G,u,t);subplot(121),plot(T,y1)xlabel(t(sec),ylabel(x(t);grid on;subplot(122),plot(T,y2)xlabel(t(sec),ylabel(x(t);grid on;题目2（1）在上一题目的基础上，进行下一步计算。 （2）分别将上升时间 tr1、峰值时间 tp1、最大超调量 mp1、调整时间 ts1 的计算算法输入至程序中计算。 用MATLAB求系统的单位阶跃响应性能指标：上升时间、峰值时间、调节时间和超调量的仿真结果。由输出得结果：上升时间为tr=0.4330秒，峰值时间为tp=0.6860秒，最大超调量为Mp=25.38%，调整时间ts=1.6820秒。 对比计算值与理论值可得：tr、tp、mp、 ts的值准确。程序t=0:0.001:5;u=1*t;yss=1;dta=0.02;nG=25;dG=1,4,25;G=tf(nG,dG);y=step(G,t);r=1;while y(r)1-dta&y(s)1+dta;s=s-1;endts=s*0.001;tr tp mp ts题目3由课本中“机械系统中基本物理量的折算”内容，可知：(1) 将负载折算到减速器输出轴上得再折算到电动机主轴上得（2） 由题意，可写出控制系统的系统框图 忽略Ml(s)得传递函数（3）不考虑电感L，且由已知的数据，Ka=Kc=Kd=R=J=1,Km=10,p/i=4，将其代入传递函数得，单位阶跃及单位脉冲响应如下图（系统没有超调的，理论上升时间为无穷，将其近似定义为达到90%所需时间）b上升时间tr/s峰值时间tp/s最大超调量mp/%调整时间ts/s0.111.3820-1.719.26401.250.77807.031001.1670100.14700.237030.500.77501000.03800.071070.220.7830分析：对于单位阶跃响应：在过阻尼与临界阻尼状态下，系统一直上升直到稳态，无超调的问题。 在欠阻尼的状态下，b 越大，上升时间越短，峰值时间越短，最大超调量越大，调整时间变化不大。 对于单位脉冲响应：过阻尼与临界阻尼状态下，系统先上升到达最大值后，再下降直到稳态。在欠阻尼的状态下，b 越大，系统振荡越大，振荡频率越高。不论是何种阻尼，在 1s 后基本都衰减为零。源代码：（1） 单位脉冲与单位阶跃响应程序：t=0:0.001:2; kb=0.1;num1=20*kb;den1=1 10 num1;G1=tf(num1,den1); kb=1.25;num2=20*kb;den2=1 10 num2;G2=tf(num2,den2);kb=10;num3=20*kb;den3=1 10 num3;G3=tf(num3,den3);kb=100;num4=20*kb;den4=1 10 num4;G4=tf(num4,den4);y1,T=impulse(G1,t);y1a,T=step(G1,t); y2,T=impulse(G2,t);y2a,T=step(G2,t);y3,T=impulse(G3,t);y3a,T=step(G3,t);y4,T=impulse(G4,t);y4a,T=step(G4,t);subplot(121),plot(T,y1,-,T,y2,-.,T,y3,-,T,y4,:);legend(kb=0.1,kb=1.25,kb=10,kb=100);title(不同kb取值下的单位脉冲响应);xlabel(t(sec);ylabel(x(t);grid on;subplot(122),plot(T,y1a,-,T,y2a,-.,T,y3a,-,T,y4a,:);legend(kb=0.1,kb=1.25,kb=10,kb=100);title(不同kb取值下的单位阶跃响应);xlabel(t(sec);ylabel(x(t);grid on;（2）求性能指标程序t=0:0.001:20; yss=1;dta=0.02;kb=0.1;num1=20*kb;den1=1 10 num1;G1=tf(num1,den1); kb=1.25;num2=20*kb;den2=1 10 num2;G2=tf(num2,den2);kb=10;num3=20*kb;den3=1 10 num3;G3=tf(num3,den3);kb=100;num4=20*kb;den4=1 10 num4;G4=tf(num4,den4); y1=step(G1,t); y2=step(G2,t); y3=step(G3,t); y4=step(G4,t); r=1; while y1(r)0.9*yss&r1-dta&y1(s)1+dta;s=s-1;endts1=s*0.001;r=1; while y2(r)0.9*yss&r1-dta&y2(s)1+dta;s=s-1;endts2=s*0.001;r=1; while y3(r)yss&r1-dta&y3(s)1+dta;s=