滯后超前校正裝置開題報(bào)告

1、.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告書課 題 名 稱 滯后超前校正裝置在球桿系統(tǒng)中的應(yīng)用 學(xué) 生 姓 名 學(xué) 號(hào) 0941101 系、年級(jí)專業(yè) 機(jī)械與能源工程系 指 導(dǎo) 教 師 2012年 12 月 23日一、課題的來源、目的意義（包括應(yīng)用前景）、國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及水平1.1課題來源：實(shí)驗(yàn)室1.2目的：(1) 使得學(xué)生初步掌握機(jī)電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的建立，具備初步的機(jī)電設(shè)備與產(chǎn)品的研發(fā)能力；加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力和創(chuàng)業(yè)精神的培養(yǎng)；(2) 完成對(duì)球桿系統(tǒng)的研發(fā)，實(shí)現(xiàn)對(duì)球桿系統(tǒng)的控制。1.3意義： 在控制領(lǐng)域中，非線性不穩(wěn)定系統(tǒng)的建模和控制器的設(shè)計(jì)有許多需要克服的難點(diǎn)問題。有必要先要在實(shí)驗(yàn)室中研究，而球桿系統(tǒng)正是

2、解決這種矛盾的最好實(shí)驗(yàn)工具，它簡(jiǎn)單，安全并且具備了非線性不穩(wěn)定系統(tǒng)所具有的重要的動(dòng)態(tài)特性。二、課題研究的主要內(nèi)容、研究方法或工程技術(shù)方案和準(zhǔn)備采取的措施2.1課題研究的主要內(nèi)容：(1) 依據(jù)物理學(xué)動(dòng)力學(xué)定律，完成球桿系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立；(2) 依據(jù)所建立的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)性能分析，包括時(shí)域性能分析與頻域性能分析；(3)根據(jù)工程實(shí)際的要求，完成滯后超前校正裝置的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的校正。 2.2工程技術(shù)方案 （1）分析系統(tǒng)并建立起數(shù)學(xué)模型。 （2）對(duì)控制系統(tǒng)的時(shí)域與頻域性能指標(biāo)進(jìn)行分析，完成滯后超前校正裝置的設(shè)計(jì)。 （3）試驗(yàn)檢查。2.3準(zhǔn)備采取的措施： （1）球桿系統(tǒng)的建模。球桿系統(tǒng)的精確數(shù)學(xué)模

3、型難以建立且相當(dāng)復(fù)雜，需要簡(jiǎn)化，建立其簡(jiǎn)化的數(shù)學(xué)模型。一般來說，對(duì)于反饋控制，近似的模型已經(jīng)足夠了。為便于建模，這里將球桿系統(tǒng)模型分為三部分：即球桿的機(jī)械模型、角度模型和電機(jī)模型。 球桿機(jī)械部分的數(shù)學(xué)模型對(duì)小球在導(dǎo)軌上滾動(dòng)的動(dòng)態(tài)過程的完整描述是非常復(fù)雜的, 設(shè)計(jì)的目的是對(duì)于該控制系統(tǒng)給出一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)模型.實(shí)際上使小球在導(dǎo)軌上加速滾動(dòng)的力是小球的重力在同導(dǎo)軌平行方向上的分力同小球受到的摩擦力的合力. 小球在導(dǎo)軌上滾動(dòng)的過程近似成一個(gè)質(zhì)點(diǎn)在沒有摩擦的光滑表面上滾動(dòng).根據(jù)牛頓定理,小球在導(dǎo)軌上滾動(dòng)的動(dòng)力學(xué)方程為: （1）其中: x ( t )為小球在軌道上的位置; M 為小球的質(zhì)量; g 為小

4、球的重力加速度;為導(dǎo)軌與水平面之間的夾角.假設(shè)導(dǎo)軌與水平面之間的夾角相當(dāng)小, 將上式線性化得到: （2）將上式進(jìn)行拉普拉斯變換得到以下傳遞函數(shù): （3）角度模型在實(shí)際控制過程中,導(dǎo)軌與水平面之間的夾角是由直流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)角輸出來實(shí)現(xiàn)的. 導(dǎo)軌仰角與電機(jī)轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系是非線性的,且是靜態(tài)的. 同時(shí)大小齒輪的減速比也影響兩者之間的關(guān)系.可近似得到: (4)其中: R 是電機(jī)盤的半徑; L 是導(dǎo)軌的長(zhǎng)度.電機(jī)模型球桿系統(tǒng)中的電機(jī)響應(yīng)速度相當(dāng)快且電機(jī)轉(zhuǎn)角對(duì)電壓的響應(yīng)時(shí)間常數(shù)也很小?？蓪⒅绷魉欧姍C(jī)數(shù)學(xué)模型近似為一個(gè)純?cè)鲆?K。整個(gè)球桿系統(tǒng)等效傳遞函數(shù)框圖 ,如下圖所示。K由圖三可知，整個(gè)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)

5、為 (5) (2)控制器的設(shè)計(jì)。滯后超前校正裝置適用于控制簡(jiǎn)單的過程。在對(duì)球桿系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析后，得到系統(tǒng)的非線性物理模型，線性化后得到球桿的狀態(tài)方程。根據(jù)狀態(tài)方程設(shè)計(jì)滯后超前校正裝置，以滿足閉環(huán)系統(tǒng)的瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)。 (3)仿真驗(yàn)證。根據(jù)對(duì)球桿系統(tǒng)模型的建立和分析以及控制器設(shè)計(jì)的基本思想，通過MATLAB程序進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。三、現(xiàn)有基礎(chǔ)和具備的條件3.1、中國(guó)知網(wǎng)、維普、萬方電子資料數(shù)據(jù)庫；3.2、校圖書館的專業(yè)圖書資料；3.3、機(jī)電產(chǎn)品與機(jī)電設(shè)備拆裝實(shí)驗(yàn)室、機(jī)電傳動(dòng)與控制實(shí)驗(yàn)室、微機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)室；四、總的工作任務(wù)，進(jìn)度安排以及預(yù)期結(jié)果4.1、總的工作任務(wù)：在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)

6、完成本課題（畢業(yè)設(shè)計(jì)），并符合院教通（2005）61號(hào)文件與機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)的要求。4.2、進(jìn)度安排：2012.12.202012.12.30：查閱與收集相關(guān)的參考資料，并對(duì)球桿系統(tǒng)等自動(dòng)控制設(shè)備的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析與研究，完成開題報(bào)告；2013.02.252013.03.25：依據(jù)相應(yīng)的物理定理與規(guī)律，完成球桿系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的建立；2013.03.282013.04.22：對(duì)球桿系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的時(shí)域與頻域性能指標(biāo)進(jìn)行分析，完成滯后超前校正裝置的設(shè)計(jì)；2013.04.252013.05.10：在課題的相關(guān)研究工作完成之后，完成畢業(yè)論文初稿的編寫，并完成一篇與課題相關(guān)的外文資料的翻譯；2013.05.112013.05.20：將畢業(yè)論文交指導(dǎo)老師以及相關(guān)專家檢查，根據(jù)所提出的修改(參考)意見進(jìn)行修改與完善；2013.05.232013.05.26：準(zhǔn)備答辯；4.3、預(yù)期的結(jié)果：在規(guī)定的時(shí)期內(nèi)完成任務(wù)，于20013年05月30日之前對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文定稿，并得取得