4球杆控制系统课程设计解答.docx

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4球杆控制系统课程设计解答

指导教师评定成绩：

审定成绩：

重庆邮电大学

自动化学院

自动控制原理课程设计报告

设计题目：

球杆控制系统

单位（二级学院）：

自动化学院

学生姓名：

***

专业：

****

班级：

****

学号：

****

指导教师：

****

设计时间：

20**年***月

重庆邮电大学自动化学院制

一、设计题目：

球杆控制系统

设计一位置控制系统，已知：

横杆长40CM，横板上全程设滑线变阻器，横板初始角度为0，小球质量为110g，半径0.015m，d=0.03m，齿轮传动比为10，球的转动惯量为0.00001kg.m.s2不计摩擦，球上有触点与变阻器及控制电路相连形成反馈,

设要求系统在单位阶跃信号下：

调节时间小于5秒，超调量小于20%，求出系统地传递函数并探讨采用PID校正和频率法校正的方法，并确定校正装置。

初始位置x=0,电机及减速器的转动惯量为I=1kg.ms2，减速器传动比为10，不计所有摩擦和小球重量带来的阻力，输入设定电位器RW的灵敏度为：

±0.5V/±CM。

直流电机：

励磁线圈电阻Rf=20，电感Lf忽略，扭矩常数Kt=1（N.M/A）

直流电机励磁电流和控制电压的关系为：

u=Rf*if,

转矩为：

T=Ktif，

工作原理为：

电机通过减速齿轮带动横杆转动，小球在重力作用下移动并停止在设定位置。

二、设计报告正文

执行系统是一个典型的四连杆机构，横杆由一根带刻度的不锈钢杆和一根直线位移传感器组成，可以绕其左边的支点旋转，通过控制横杆的角度，就可以控制小球的在横杆上的位置。

执行系统采用直流伺服电机驱动，通过控制电机轴的转角，就可以实现对横杆角度的控制。

小球的位置通过直线位移传感器采集，控制器根据位置误差计算控制量，控制电机轴的转角，从而控制横杆的角度，使小球稳定到目标位置。

球杆系统的非线性体现在驱动导轨运动的电机主轴与导轨仰角之间以及齿轮和导轨之间的传动存在多处非线性关系。

称球杆系统是不稳定系统，是因为即便导轨的仰角是固定的，小球的位置仍然是未知的。

对于一个固定的导轨仰角，小球以一个固定的加速度运动直到停在导轨的底端。

在控制领域中，非线性不稳定系统的建模和控制器的设计有许多需要克服的难点问题。