球桿系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)易杰

1、球桿系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課件 1實(shí)驗(yàn)一 球桿系統(tǒng)的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、將腦中的創(chuàng)新意識(shí) 轉(zhuǎn)換為紙面或計(jì)算機(jī)圖形的能力。 2)將圖形轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品模型的能力以及將產(chǎn)品模型轉(zhuǎn)換為實(shí)際產(chǎn)品的能力。 3)通過創(chuàng)新機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，更深的了解機(jī)械機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)和優(yōu)缺點(diǎn)。22、實(shí)驗(yàn)原理 創(chuàng)新機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)可以通過很多途徑實(shí)現(xiàn)，可以改變主動(dòng)件機(jī)構(gòu)和從動(dòng)件機(jī)構(gòu)以及系統(tǒng)其他結(jié)構(gòu)，以達(dá)到系統(tǒng)的最佳性能和外觀效果。除了第一章介紹的球桿系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)外，我們還可以設(shè)計(jì)出各種不同的球桿系統(tǒng)機(jī)構(gòu)，如圖1是一種新的球桿系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。3 圖1 球桿系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1 圖1所示的機(jī)構(gòu)把固定支撐點(diǎn)移到了橫桿的中間，這樣可以減少主動(dòng)件的運(yùn)

2、動(dòng)范圍，系統(tǒng)反應(yīng)更加迅速，但是也由一定的缺點(diǎn)，電機(jī)的位置誤差的影響也會(huì)更加明顯。圖2所示的球桿系統(tǒng)機(jī)構(gòu)具有以下的特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，省去了齒輪機(jī)構(gòu)；電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，反應(yīng)更加迅速。但缺點(diǎn)也很明顯：兩端懸臂，系統(tǒng)振動(dòng)較大，電機(jī)定位精度要求較高。4圖2 球桿系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2 圖1所示的機(jī)構(gòu)把固定支撐點(diǎn)移到了橫桿的中間，這樣可以減少主動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)范圍，系統(tǒng)反應(yīng)更加迅速，但是也由一定的缺點(diǎn)，電機(jī)的位置誤差的影響也會(huì)更加明顯。圖2所示的球桿系統(tǒng)機(jī)構(gòu)具有以下的特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，省去了齒輪機(jī)構(gòu)；電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，反應(yīng)更加迅速。但缺點(diǎn)也很明顯：兩端懸臂，系統(tǒng)振動(dòng)較大，電機(jī)定位精度要求較高。5 本實(shí)驗(yàn)可以利用CAD、PRO/E等先進(jìn)

3、的機(jī)械繪圖工具進(jìn)行零件的設(shè)計(jì)以及裝配實(shí)驗(yàn)。3、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 GBB系列球桿系統(tǒng)；CAD或PRO/E等繪圖軟件4、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 實(shí)驗(yàn)由以下幾部分組成： 1)創(chuàng)新基礎(chǔ)實(shí)踐 利用球桿系統(tǒng)的機(jī)械和電子控制元器件，進(jìn)行部件、 整機(jī)的系統(tǒng)仿真、工程模擬和創(chuàng)新設(shè)計(jì)。 2)創(chuàng)新設(shè)計(jì)制作 使學(xué)生在工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法和過程、產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)、方案設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品的加工、制造、裝配、調(diào)試、性能控制及實(shí)驗(yàn)分析等方面受到較為全面的訓(xùn)練，利用所提供的創(chuàng)新制作環(huán)境激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新欲望，并為創(chuàng)新設(shè)計(jì)競(jìng)賽作品的制作提供條件。6 3)開放式控制平臺(tái)創(chuàng)新實(shí)踐 提供開放式運(yùn)動(dòng)控制器件及硬件平臺(tái)，讓學(xué)生通過與其相連的PC機(jī)進(jìn)行操作編程。這種

4、實(shí)驗(yàn)活動(dòng)促進(jìn)學(xué)生有興趣地往多學(xué)科交叉方面考慮問題和解決問題，從而提高學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和工程化能力 4)完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告7實(shí)驗(yàn)二 球桿系統(tǒng)的數(shù)字PID控制器設(shè)計(jì) 1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握PID控制算法的原理和實(shí)際應(yīng)用。2、實(shí)驗(yàn)原理 1PID控制分析 比例控制作用、積分控制作用和微分控制作用的組 合叫做比例-加-積分-加-微分控制作用，這種組合具有三種控制作用的優(yōu)點(diǎn)，具有這種組合作用的控制器方程為： 即其傳遞函數(shù)為： 式中為比例增益，為積分時(shí)間，為微分時(shí)間?？刂葡到y(tǒng)如下圖所示：8圖1 球桿系統(tǒng)PID控制器原理圖可以得到單位負(fù)反饋系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為: Ball & Beam PIDefeedback9圖2

5、 PID控制下階躍響應(yīng)在matlab下仿真(Td=2,c=2,Ti=10)matlab 程序:num=0 2 2 0.1; /分子表達(dá)式(0* den=1 2 2 0.1; /分母表達(dá)式(1*) step(num,den) /階躍響應(yīng)得到階躍輸出如圖2所示，可以看出，系統(tǒng)可以在4s左右的時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定到平衡點(diǎn)，改變PID控制器的參數(shù)，從而改變系統(tǒng)的調(diào)整時(shí)間和超調(diào)等。10圖3 PID控制階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果3、實(shí)驗(yàn)設(shè)備固高科技GBB系列球桿系統(tǒng)。4、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1）在固高科技球桿系統(tǒng)中進(jìn)行實(shí)驗(yàn),取參數(shù) Kp=2,Ki=10,Kd=2,得到以下實(shí)驗(yàn)結(jié)果:11從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出來(lái),系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差有明顯的改善,為1.31mm.改變PID參數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),比較理論和實(shí)際實(shí)