小功率直流伺服电机实验二—单片机

《小功率直流伺服电机实验二—单片机》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、小功率直流伺服电机陈逸人1031165一、设计要求给定对象的传递函数为G(s)=冶p采样周期T=0.5s,从下面给出的设计指标中选择一组，利用计算机辅助设计控制器D(z),并用数字仿真验证设计指标第一组：时域指标：oV20%,tsS9s第二组：设计指标为(1)频域：y>>0.5rad/s(2)吋域：oV25%,ts<10s(3)静态：K=2(1/秒)V在本实验屮选择第一组设计指标进行设计并验证。二、原系统分析根据第一组指标，对系统进行时域分析。rti系统的传递函数G(s)=^

2、莎，当系统的输入为单位阶跃信号时，系统的单位负反馈闭环响应为：Step

3、Response1.50.5051015Time(seconds)2025丄丄System:TFPeakamplitude:1.44Overshoot(%):44.3o卄；Attime(seconds):3.32把哼"zSettlingtime(seconds):10.8opa-dujv0原系统闭环单位响应图取误差带为5%,可以得到：超调量为0=44.3%,调节吋间ts=10.8s因此在设计过程中要减小超调，减小调节时间，加快动态响应过程。三、离散化设计(1)设计指标与z平面期望极点位置根据笫一组设计质指标，可得闭环系统阻尼比g>0.4559,刀

4、域同心圆半径r<0.8233c理想的极点应当位于上述两条轨迹包围的部分。理想的Z平面极点范禺(2)设计数字控制器D(z)采样周期T二0.5s,带零阶保持器离散，利用MATLAB指令求得被控对象的脉冲传递函数为G⑵:ca1ez+0.920.1152匕_])(z_0.7788)可先取控制器为纯比例环节，根轨迹，如下图所示。即D(z)二kd。为了确定使系统满足要求的kd，绘制系统的RootLocus51505151.aa・1.■•2-3・2-10FtealAxis根轨迹没有进入期望极点的范围，不管kd取多大，均不能满足系统要求，因此需加入其他环节。分析

5、上图，为使根轨迹进入2平面期望极点范围，应使开环极点0.7788向原点靠近，可采用零极点对消法，将其对消，再配置靠近原点或位于原点的新极点。因此，可选择D(z)=k(z-0.7788)z此时，系统的开环脉冲函数为D(z)G(z)=0.1152k^K(z+0.92)z(z-l)K=0.1152k为根轨迹增益。绘制新系统的根轨迹AMIAits从图中可见，根轨迹有一部分进入期望的极点范围内，可从中选择某一极点，并计算出由malab得到希望极点以及根轨迹增益:0.2019pole=0.3990+0.1630i0.3990-0.1630iII则控制器增益k

6、d=K/0.1152=l.7526控制器脉冲传递函数为：/、1.7526(z-0.7788)D(z)=z（4）进行系统时域仿真搭建系统仿真方块图：St«p所得单位阶跃响应曲线为:TimeSeriesPlot:1.41.20.8co苻p0.60.40.20L11>*1111102468101214161820Time(seconds)从图屮可知系统阶跃响应超调小于20%,调节时间小于9秒，因此设计符合要求。Ui控制算法编排由D⑵器=皿严—526-】.3649戶由于算法用高级语言编写，而AD/DA已经经过码制转换，所以无需再进行比例因子配备。ul=1

7、.7526e(k)+xl(k-l)r-ioul<-10u=jul--1010算法II：xl(k)=-1.3649e(k)系统流程图如下:五、码制转换:在计算机内部，将A/D的量程为-lOV^lOV转换为二进制码，又由于-10V对应AD量化值0,10V对应AD量化值255,故应有：仆ADValue-121ADlr=12.7其中ADtr为AD转换后在计算机内部表示的浮点值，ADValue为AD的采样量化数值，D/A的量程为-10V>10V,又0对应DA输出-10V,2047对应DA输出+10V,故有：DAValue=int(A

8、M+10_20-X2047),其屮DAValue为DA的机内码。六、硬件电路由模拟电路来搭建系统的被控对象部分，对过运算放大器来实现。在测试时，阶跃信号的输入可以由串口通讯方式给出。进行实验，测得AD码如下所示:七.数据分析按上图所示连接硬件电路并将控制率加入其中,1）当输入电压为2V时，simulink仿真结果为TimeSeriesPlot:2.51.50.5°02481012Time(seconds)14161820单片机仿真结杲8A90949697979797979797979797输出:7D7D7D7D7D7D7D7D82归一化求解调节时

9、间:input=2Vsinput=22）当输入电压为-2V时，simulink仿真结果为:单片机仿真结果输出：7D7D7D7D7D7D7