海底隧道钻机控制系统设计-西电

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1、各专业完整优秀毕业论文设计图纸海底隧道钻机控制系统设计课程设计姓名学号时间：2014.12.22一、海底隧道自动控制系统框图由题已知条件，设N(s)=0，则系统在给定信号R(s)下的闭环传递函数为：可求得系统在给定信号R(s)时的稳态误差为：当R(s)=0时，在扰动信号N(s)作用下的系统闭环传递函数为：到此可求得系统在扰动信号N(s)作用下的稳态误差为：由（1），（2）两式可得在R(s)和N(s)作用下系统的输出为：二、接下来根据不同的K值MATLAB绘制时域仿真曲线在单位阶跃输入的N(s)，R(s

2、)时有：-23-此时的输入稳态误差和扰动稳态误差为：在这里我取K值分别为1，20，60，100，120，150，单位阶跃输入以及单位阶跃扰动下的系统框图和响应分别为（Δ=2）：（注：由系统的稳定性和闭环传递函数可知，极点必须位于s左半平面，故K值必须大于0）下面的分析中将输入响应和扰动响应进行分开讨论。（1）K=1系统的模拟框图为:在N(s)=0时得到的单位阶跃响应曲线，如下图:-23-容易看出此时系统调节时间达到二十五秒左右，不能满足题目要求。此时系统响应没有超调。令R(s)=0时，在扰动信号N(s

3、)作用下得阶跃响应曲线，如下图:此时系统的扰动稳态误差为-1。K=1不能满足系统的响应时间为5s，精度为0.01的标准。-23-（2）K=20系统的模拟框图为:在N(s)=0时得到的单位阶跃响应曲线，如下图:此时系统的调节时间为0.92s，超调量为4%。令R(s)=0时，在扰动信号N(s)作用下得阶跃响应曲线，如下图:-23-此时系统的扰动稳态误差为-0.05，仍然无法满足系统精度要求。由扰动稳态误差可知，只有当K=100的时候，才能满足精度要求。（3）K=60系统的模拟框图为:在N(s)=0时得到的

4、单位阶跃响应曲线，如下图:-23-此时的调节时间为0.65s，超调量为15%。令R(s)=0时，在扰动信号N(s)作用下得阶跃响应曲线，如下图:此时系统的扰动稳态误差为-0.0167，仍然无法满足系统精度要求。-23-（4）K=100系统的模拟框图为:在N(s)=0时得到的单位阶跃响应曲线，如下图:此时的调节时间为0.66s，超调量为22%。令R(s)=0时，在扰动信号N(s)作用下得阶跃响应曲线，如下图:-23-此时系统的扰动稳态误差为-0.01，达到了系统给的精度要求。（5）K=120系统的模拟框

5、图为:在N(s)=0时得到的单位阶跃响应曲线，如下图:-23-此时的调节时间为0.66s，超调量为25%。令R(s)=0时，在扰动信号N(s)作用下得阶跃响应曲线，如下图:此时系统的扰动稳态误差为-0.0083，达到了系统给的精度要求。-23-（6）K=150系统的模拟框图为:在N(s)=0时得到的单位阶跃响应曲线，如下图:此时的调节时间为0.62s，超调量为28%。令R(s)=0时，在扰动信号N(s)作用下得阶跃响应曲线，如下图:-23-此时系统的扰动稳态误差为-0.0067，达到了系统给的精度要求

6、。三、将各响应曲线通过编程反应在一张图当中进行比较。（一）下面将K取值分别为1，20,，60，100，120，150的单位阶跃输入（N(s)=0）的响应利用matlab编程表达在一张图中。Matlab编程：响应图为：-23-（二）K取值分别为1，20,，60，100，120，150的单位阶跃扰动（R(s)=0）的响应利用matlab编程表达在一张图中。Matlab编程：响应图为：-23-由以上分析，得出下面表格：增益K超调量σ%调节时间（Δ=2%）输入稳态误差扰动稳态误差1-250-0.1204%0.

7、920-0.056015%0.650-0.016710022%0.660-0.0112025%0.660-0.008315028%0.620-0.0067注：N(s)和R(s)均为单位阶跃输入-23-从表中可以看出，随着K值的增大超调量在不断的增大，扰动稳态误差（单位阶跃输入和单位阶跃扰动的稳态误差之和）不断的减小，调节时间在减小，但当K值达到60以后调节时间的变化不大。为了满足题目要求的响应时间小于5s，精度达到0.01，同时超调量在相对比较合理范围时，在这里K值取值在100到150之间比较好。为了

8、讨论方便，接下来取K≥100进行频域分析和离散化仿真。K值取100时的闭环系统的零、极点图为由图中可以看出闭环零、极点的值，极点位于左半平面系统是稳定的。-23-四、频域仿真（1）K值为100时，用matlab绘制系统的bode图：Matlab程序：由以上值可以看出，系统图的截止频率Wc=Wcp=13.2898rad/s，相角裕量ϒ=Pm=59.9290º，从下图看到相频特性曲线并没有穿过-л，故相角穿越频率Wg=Wcg不存在，幅值裕量为无穷大。系统的b