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1、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月成 绩名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 11 页 - - - - - - - - - 机电系统控制基础第1 页1 作业题目1. 用 MATLAB 绘制系统2( )25( )( )425C ssR sss的单位阶跃响应曲线、单位斜坡响应曲线。2. 用 MATLAB 求系统2( )25( )( )425C ssR sss的单
2、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：aKbKXi(s)给定环节比较环节放大环节伺服电机减速器Xo(s)光栅尺工作台负载螺纹传动滚珠丝杠J1J2+-伺服电机原理图如下：uaLRiaM(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
3、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。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 11 页 - - - - - - - - - 机电系统控制基础第2 页2 题目 1 解：1. 利用 Matlab 绘制 Bode图时先通过 tf 函数建立系统模型。2. 运用 step 函数对线性连续系统的时间响应进行仿真分析。3. 利用 plot
4、 函数输出绘制结果。Matlab 程序如下：clearclct=0:0.01:2;num= 25;den=1 4 25;den1=1 4 25 0;G=tf(num,den);G1=tf(num,den1);y1,T=step(G,t);y2,T=step(G1,t);plot(T,y1,-r,T,y2,-b)ylabel(x(t);xlabel(t(sec)legend( -单位阶跃 , - 单位斜坡 );grid on 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共
5、11 页 - - - - - - - - - 机电系统控制基础第3 页3 题目 2 解：1. 利用 Matlab 绘制 Bode图时先通过 tf函数建立系统模型。2. 运用step 函数对线性连续系统的时间响应进行仿真分析。3. 以 0.001 为间隔逐点确定第一次达到稳态值所用的时间rt。4. 利用 max函数找到超调量（pM）和其所对应的峰值时间（pt） ，5.找出第一次超过 2% 误差对应的调节时间stMatlab程序如下：t=0:0.001:5;yss=1;r=1;名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心
6、整理 - - - - - - - 第 4 页，共 11 页 - - - - - - - - - 机电系统控制基础第4 页dt=0.02;G1=25;G2=1 4 25;G=tf(G1,G2);y=step(G,t);while y(r)1-dt & y(w)1+dt; w=w-1;endts=(w-1)*0.001;disp(ts);结果：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 11 页 - - - - - - - - - 机电系统控制基础第5 页4 题目 3 （
7、1）工作台质量为 m，设其转换到输出轴上的转动惯量为mJ2，设输出轴转换到主动轴的转动惯量为mJ1，则mJ1，mJ2满足：22222212121212121mvJJJmm其中2/,221pvi所以2221/)(iJJJmm可得电动机主轴上的总转动惯量为22111/)2(iPmJJJJJm（2）由伺服电机原理可得aaaaERidtdiLu为由电动机产生的压降且名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 11 页 - - - - - - - - - 机电系统控制基础第6
8、页mdawKE其中mw为主轴的转速电动机上的电磁力ammiKM由机械关系可得到工作台的移动距离)(0tx与mM的关系为dtdwJMmm进行拉式变换并联立可求出主轴转速与伺服电机输入电压之间的传递函数为mdmKKRLsJsKsUsW)()()(得到系统框图为经过计算得到其数学模型为：PKKKKKKRLsJsisPKKKsXsXcmbamdmbaio)(2)()(（3）忽略电感 L 时，令参数，得到传递函数为bbioKssKsXsX201020)()(2取输入函数为单位阶跃函数，名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精
9、心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 11 页 - - - - - - - - - 机电系统控制基础第7 页Matlab 程序为：（1）t=0:0.01:4;kb1=0.7;kb2=1.2;num1=20*kb1;kb2=1.2;num1=20*kb1;num2=20*kb2;den1=1,10,20*kb1;den2=1,10,20*kb2;G1=tf(num1,den1);G2=tf(num2,den2);y1=step(G1,t);y2=step(G2,t);plot(t,y1,t,y2)grid onlegend(kb=0.7, kb=1.2)名师资料总结 - - -精品
10、资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 11 页 - - - - - - - - - 机电系统控制基础第8 页（2）t=0:0.01:4;kb1=1.25;num1=20*kb1;den1=1,10,20*kb1;G1=tf(num1,den1);y1=step(G1,t);plot(t,y1);legend(kb=1.25)名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，
11、共 11 页 - - - - - - - - - 机电系统控制基础第9 页（3）t=1:0.01:4;kb1=3;kb2=20;num1=20*kb1;num2=20*kb2;den1=1,10,20*kb1;den2=1,10,20*kb2;G1=tf(num1,den1);G2=tf(num2,den2);y1=step(G1,t);y2=step(G2,t);plot(t,y1,t,y2);grid onlegend(kb=3, kb=20)名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 11 页 - - - - - - - - - 机电系统控制基础第10 页名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 11 页 - - - - - - - - -