轉(zhuǎn)子繞線機(jī)控制系統(tǒng)的校正設(shè)計(jì)仿真任務(wù)書(shū)

1、指導(dǎo)教師評(píng)定成績(jī)： 審定成績(jī)： 自動(dòng)控制原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 設(shè)計(jì)題目：轉(zhuǎn)子繞線機(jī)控制系統(tǒng)的校正設(shè)計(jì)仿真單位（二級(jí)學(xué)院）： 自 動(dòng) 化 學(xué) 院 專(zhuān) 業(yè) ： 電氣工程與自動(dòng)化 姓 名 ： 周密 學(xué) 號(hào) ： 2012212660 指 導(dǎo) 教 師 ： 李鵬華 設(shè)計(jì)時(shí)間：2014年10月重慶郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院制目 錄一、設(shè)計(jì)題目1.1 設(shè)計(jì)題目及要求1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)二、設(shè)計(jì)報(bào)告正文2.1摘要2.2設(shè)計(jì)步驟1.分析系統(tǒng)的工作原理，進(jìn)行系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)。/白松其、劉有為2構(gòu)成開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，并分析器動(dòng)態(tài)響應(yīng)。/李盼盼3測(cè)出各環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)及其時(shí)間常數(shù)。/吳杰、莊元4對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擾動(dòng)分析。/鄧振揚(yáng)5比較開(kāi)環(huán)時(shí)和閉環(huán)時(shí)的動(dòng)

2、態(tài)響應(yīng)。/周密 、朱俊6. 采用某種校正方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定控制。/王翰磊7對(duì)本課程設(shè)計(jì)提出新設(shè)想和新建議。/羅俊豪三、設(shè)計(jì)總結(jié)一、設(shè)計(jì)題目題目：轉(zhuǎn)子繞線機(jī)控制系統(tǒng)的校正設(shè)計(jì)仿真一課程設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到的目的1、通過(guò)控制系統(tǒng)閉環(huán)仿真熟悉課程設(shè)計(jì)的基本流程；2、掌握控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模；3、掌握控制系統(tǒng)性能的根軌跡分析或時(shí)域特性分析；4、掌握頻率法校正或根軌跡法校正；5、能夠根據(jù)性能指標(biāo)，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，并完成相應(yīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)操作；6、學(xué)會(huì)用MATLAB進(jìn)行基本仿真。二課程設(shè)計(jì)題目及要求（一）設(shè)計(jì)題目轉(zhuǎn)子繞線機(jī)控制系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù):要求達(dá)到性能指標(biāo)：系統(tǒng)的靜態(tài)速度誤差系數(shù)，。（二）設(shè)計(jì)要求1分析

3、系統(tǒng)的工作原理，進(jìn)行系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)。/白松其、劉有為2構(gòu)成開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，并分析器動(dòng)態(tài)響應(yīng)。/李盼盼3測(cè)出各環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)及其時(shí)間常數(shù)。/吳杰、莊元4對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擾動(dòng)分析。/鄧振揚(yáng)5比較開(kāi)環(huán)時(shí)和閉環(huán)時(shí)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。/周密 、朱俊6. 采用某種校正方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定控制。/王翰磊7對(duì)本課程設(shè)計(jì)提出新設(shè)想和新建議。/羅俊豪三課程設(shè)計(jì)任務(wù)（1）復(fù)習(xí)有關(guān)教材、到圖書(shū)館查找有關(guān)資料，了解控制對(duì)象的工作原理。（2）總體方案的構(gòu)思 根據(jù)設(shè)計(jì)的要求和條件進(jìn)行認(rèn)真分析與研究，找出關(guān)鍵問(wèn)題。廣開(kāi)思路，利用已有 的各種理論知識(shí)，提出盡可能多的方案，作出合理的選擇。畫(huà)出其原理框圖。（3）總體方案的確定 可從頻域法、跟軌跡法分析系

4、統(tǒng)，并確定采用何種控制策略，調(diào)整控制參數(shù)。（4）系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 用MATLAB進(jìn)行仿真，實(shí)現(xiàn)開(kāi)環(huán)控制，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。引入閉環(huán)控制，將設(shè)計(jì)好的控制策略實(shí)現(xiàn)其中，根據(jù)實(shí)際響應(yīng)效果調(diào)整參數(shù)直至最優(yōu)，并記錄數(shù)據(jù)。四主要參考文獻(xiàn)1、薛定宇.反饋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析.北京:清華大學(xué)出版社,2000.2、飛思科技產(chǎn)品研發(fā)中心.MATLAB 7輔助控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真.北京:電子工業(yè)出版社,2005.3、胡壽松.自動(dòng)控制原理.4版.北京:科學(xué)技術(shù)出版社,2001.4、白繼平，徐德輝. 基于MATLAB下的PID控制仿真【J】.中國(guó)航海，2004（4）：77-80.5、徐亞飛，劉官敏，高國(guó)章等.溫箱溫度PID與預(yù)測(cè)控制J

5、.武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào).2004.8(28):554-557.二、設(shè)計(jì)報(bào)告正文摘要：利用MATLAB軟件的Simulink仿真平臺(tái),對(duì)轉(zhuǎn)子繞線機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模和系統(tǒng)仿真,并結(jié)合Bode圖進(jìn)行分析研究,確定調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制器參數(shù),從而獲得理想的設(shè)計(jì)結(jié)果.通過(guò)對(duì)其進(jìn)行仿真研究,驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的可行性。關(guān)鍵詞：繞線機(jī); 超前校正 ;極點(diǎn)配置 ;MatlabCalibration of rotor winding machine control system design and simulationAbstract：Use of MATLAB software Simulink simulation p

6、latform, the rotor winding machine control system mathematical modeling and simulation, and combining the Bode chart analysis, the controller parameters of control system, to obtain ideal result of the design. Through carries on the simulation study, verify the feasibility of the design.Key words: w

7、inding machine; Advanced correction; Pole assignment; MATLAB. 轉(zhuǎn)子繞線機(jī)，顧名思義繞線機(jī)是把線狀的物體纏繞到特定的工件上的機(jī)器。原電動(dòng)工具行業(yè)常用手動(dòng)繞線設(shè)備效率低、精度差，不能適應(yīng)電動(dòng)工具行業(yè)生產(chǎn)規(guī)?；l(fā)展的需要。本設(shè)計(jì)是通過(guò)改進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子線圈的繞制方式完成設(shè)計(jì)一種轉(zhuǎn)子繞線機(jī)，旨在提高電樞制造的自動(dòng)化程度，減輕繞線勞動(dòng)強(qiáng)度，提高電樞的整體質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)繞線槽滿(mǎn)率高，繞線圈數(shù)精確，降低廢品率，同時(shí)兼顧操作者的方便性。它用直流電機(jī)來(lái)纏繞銅線，能快速準(zhǔn)確地繞線，并使線圈連貫堅(jiān)固。采用自動(dòng)繞線機(jī)后，操作人員只需從事插入空的轉(zhuǎn)子，按下啟動(dòng)按鈕和

8、取下繞好線的轉(zhuǎn)子等簡(jiǎn)單操作。設(shè)計(jì)步驟1、實(shí)驗(yàn)原理/劉有為、白松其轉(zhuǎn)子繞線機(jī)控制系統(tǒng) 總體設(shè)計(jì)框圖為：R(s) K1 1/s(s+5)(s+10) C(s) 2、開(kāi)環(huán)系統(tǒng)/李盼盼定義：開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)適用于簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，它沒(méi)有反饋環(huán)節(jié)，響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，成本較低。（1）開(kāi)環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖:R(s) K1 1/s(s+5)(s+10) C(s) （2） 動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析：傳遞函數(shù)化簡(jiǎn)成標(biāo)準(zhǔn)形式為：；由計(jì)算得：k=750；所以開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為：。開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的響應(yīng)曲線為程序clear,clcnum=15;den=conv(0.2,1,0,0.1,1);sys=tf(num,den)figure(1);step(sys)f

9、igure(2);impulse(sys)3、各環(huán)節(jié)的放大級(jí)數(shù)及其時(shí)間常數(shù)/吳杰、莊元Kv=limG(s)s=k/5015 (s0)k750(s)=G(s)/1+G(s)=k/k+s(s+5)(s+10)=k/(s+15s+50s+k)由勞斯判據(jù)得設(shè)s+15s+50s+k=0s 1 50s 15 ss (750-k)/15(750-k)/150k750所以k=750G(s)=K1/s+K2/(s+5)+K3/(s+10)=K1(s+5)(s+10)+K2s(s+10)+K3s(s+5)/s(s+5)(s+10)K1(s+15s+50)+K2s+10K2s+K3s+5K3s=750K1+K2+K

10、3=0K2+K3=-15K1=15 K2=-30 K3=15A(w)=1所以解得w=0.707rad/st=1/w=1.414所以時(shí)間常數(shù)t=1.4144、系統(tǒng)擾動(dòng)分析：/鄧振楊開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為：G(s)=k/s(s+5)(s+10)用極限可算出K值最小為750因此G(S)=750/s(s+5)(s+10)穿越頻率wg：7.07rad/swc約為7.07rad/s；相角裕度為2.34e-0.5deg；則幅值裕度約為0deg程序num=750den=1,15,50,0sys=tf(num,den)mag,phase,w=bode(num,den)gm,pm,wcg,wcp=margin(mag,p

11、hase,w)margin(sys)使用matlab仿真如下：5、比較開(kāi)環(huán)時(shí)和閉環(huán)時(shí)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。/周密、朱俊開(kāi)環(huán)系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)：由題意和以上步驟可得：開(kāi)環(huán)系統(tǒng)函數(shù)為；程序num=15;den=0.02,0.3,1;systf(num,den)t=0:0.01:3;step(num,den,t)%單位階躍響應(yīng)grid運(yùn)行后開(kāi)環(huán)系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲線由圖可知，該系統(tǒng)不穩(wěn)定，所以不存在峰值時(shí)間、超調(diào)量等。 閉環(huán)系統(tǒng)單位階躍響應(yīng);閉環(huán)傳遞函數(shù):;MATLAB仿真圖：結(jié)果：程序?yàn)椋簄um=15;den=0.02,0.3,1,15;systf(num,den)t=0:0.01:3;step(num,den

12、,t)Grid運(yùn)行后所得閉環(huán)系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲線峰值為：C（tp）=1.9峰值時(shí)間tp=0.501s；周期T=0.89s由圖可知 該系統(tǒng)不穩(wěn)定 需要校正6、采用某種校正方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定控制/王翰磊所以最小K值K=750；下求穿越頻率穿越處A（）=1解得Wc=0.707rad/s穿越頻率處相角（e）=-180相對(duì)裕角=0deg下求幅值裕度相角穿越頻率（g）=-180由三角函數(shù)可得g=7.07故采用串聯(lián)滯后校正設(shè)滯后超前校正網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)Gc（s）=（1+T1s）（1+T2s）/(1+T1s/ )(1+T2s)確定校正后截止頻率，既=7.07；確定超前校正T1=2.88 7、建議和意見(jiàn)/羅俊豪課程

13、的實(shí)效性不夠。首先其次轉(zhuǎn)子繞線機(jī)控制系統(tǒng)的矯正在很多領(lǐng)域已經(jīng)有了豐富的應(yīng)用。如：PLC數(shù)控、F940 GOT數(shù)控、全自動(dòng)雙飛叉嵌、FDY型有限分析及其優(yōu)化，我們?cè)诮?、矯正可以更多地聯(lián)系這些領(lǐng)域的成就。將知識(shí)與實(shí)踐相聯(lián)系，讓我們?cè)趯W(xué)習(xí)理論知識(shí)的同時(shí)，掌握一定的相關(guān)實(shí)效性應(yīng)用。課程的延伸性不夠，科學(xué)不僅僅是人類(lèi)認(rèn)識(shí)世界和改造世界的經(jīng)驗(yàn)的系統(tǒng)化、理論化的實(shí)證知識(shí)體系；它也是一種包含科學(xué)方法和科學(xué)戰(zhàn)略的過(guò)程。而我們?cè)趯W(xué)習(xí)有關(guān)轉(zhuǎn)子繞線機(jī)控制系統(tǒng)的矯正的過(guò)程中，并沒(méi)有充分聯(lián)系以往學(xué)科知識(shí)。對(duì)知識(shí)的運(yùn)用過(guò)于局限。3.串聯(lián)校正裝置通常由一些無(wú)源或有源網(wǎng)絡(luò)(無(wú)源串聯(lián)校正，往往需要附加放大器用來(lái)提高增益以補(bǔ)償串

14、聯(lián)校正過(guò)程中引起的幅值衰減；有源串聯(lián)校正，由于在其元件中含有放大器，因此上述補(bǔ)償問(wèn)題可在有源校正電路中自行解決，而不必增加額外的附加放大器。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，易于實(shí)現(xiàn)，但它無(wú)法減弱系統(tǒng)固有部分參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)性能的不良影響。反饋校正通常是在系統(tǒng)中加入速度或加速度反饋。反饋校正除改善系統(tǒng)特性外，還能削弱系統(tǒng)非線性特性的影響，減弱或消除系統(tǒng)固有部分參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)性能的影響，抑制噪聲的干擾，而串聯(lián)的超前。滯后校正：（1）滯后校正主要用來(lái)校正系統(tǒng)的低頻段，用來(lái)增大未校正系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益，以便提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)控制精度。而超前校正主要在于改變未校正系統(tǒng)中頻段的形狀，以便提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。（2）滯后與超前組

15、合校正。滯后校正部分和超前校正部分既發(fā)揮了各自的長(zhǎng)處又用對(duì)方的長(zhǎng)處彌補(bǔ)了自己的短處。如超前校正部分可以提高系統(tǒng)的快速性，恰好可彌補(bǔ)滯后校正部分使系統(tǒng)反應(yīng)速度降低的不利影響。綜上，課程題目基本設(shè)計(jì)完整，在一定程度上調(diào)動(dòng)學(xué)生對(duì)自動(dòng)控制學(xué)習(xí)的熱情，讓我們復(fù)習(xí)了自控矯正等相關(guān)內(nèi)容，自主學(xué)習(xí)了MATLAB的基本操作，提高了我們將知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)踐能力。但因?yàn)槲覀冎R(shí)的局限性，題目不夠具有時(shí)效性和延伸性。三、設(shè)計(jì)總結(jié) 課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問(wèn)題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對(duì)實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過(guò)程.隨著暖通科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新日異，暖通自動(dòng)化控制已經(jīng)成為當(dāng)今較為前

16、活躍的領(lǐng)域，在生活中可以說(shuō)得是無(wú)處不在。因此在我們學(xué)習(xí)暖通書(shū)面知識(shí)的同時(shí)，我們更應(yīng)該加強(qiáng)實(shí)際中的知識(shí)的應(yīng)用。 在老師的指導(dǎo)下，我順利的完成了本次建筑設(shè)備自動(dòng)化課程設(shè)計(jì)中規(guī)定的內(nèi)容，收獲頗多，感觸很深。通過(guò)課程設(shè)計(jì)，掌握了什么是系統(tǒng)原理，系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作的基本過(guò)程及其各階段的基本任務(wù)，熟悉了系統(tǒng)設(shè)計(jì)總流程框圖，了解了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的生成過(guò)程、構(gòu)造工具及其相關(guān)的技術(shù)，對(duì)課本上的知識(shí)有了更深的理解，課本上的知識(shí)是機(jī)械的，表面的。通過(guò)把該課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容，把原來(lái)以為很深?yuàn)W的書(shū)本知識(shí)變的更為簡(jiǎn)單，對(duì)系統(tǒng)原理有更深的理解。這次課程設(shè)計(jì)，也使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論

17、知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到問(wèn)題，可以說(shuō)得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會(huì)遇到過(guò)各種各樣的問(wèn)題，比如有時(shí)候被一些小的，細(xì)的問(wèn)題擋住前進(jìn)的步伐，讓我總是為了解決一個(gè)小問(wèn)題而花費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間。最后還要查閱其他的書(shū)籍才能找出解決的辦法。并且我在做設(shè)計(jì)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)有很多東西，也知道拉自己的不足之處，知道自己對(duì)以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。本次課程設(shè)計(jì)結(jié)合了我們以前學(xué)過(guò)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和自控知識(shí)，很大程度上加深了我們對(duì)其他課程的了解。也運(yùn)用到了我們專(zhuān)業(yè)有關(guān)的軟件，使我們?cè)诓僮鲗?zhuān)業(yè)軟件上更加順手了。作為一