内容发布更新时间 : 2024/12/26 3:05:36星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

一、 球杆定位控制系统认知实验

实验目的

认知球杆定位控制系统的结构和工作原理，熟悉系统的工作流程，并检验系统各通道的工作状况是否正常。

实验内容

球杆定位控制系统结构如下图，有连杆机构及相应的电气驱动，传感部分组成，其工作流程为通过电机驱动，带动连杆运动，改变钢球所在滑道的倾斜角度，使钢球在重力作用下沿滑道运动。

本实验内容是要详细了解系统的结构，关键部件，并联机测试各部件工作是否正常。

实验步骤

1、 认真观察球杆定位控制系统，指出系统的各个部分，打开后盖，认知相关的电气控

制部分及机械传动部分，并做好记录。

2、 安装好后盖，将电源线，通讯线与电源箱，电脑正常连接。 3、 接通电源，打开测试软件：

1) 在matlab下打开QGTEST.MDL进入测试界面：

2) 3) 4) 5) 6) 7) 8)

点击运行：

设置运动位置POS，观察球杆运动情况，

切换伺服开关，运动，停止开关，测试硬件响应 改变运动速度，加速度及位置，观察运动情况 打开各个示波器

用手轻拨钢球，让钢球在滑道上缓慢滚动，观察采集到钢球的位置数据 停止实时仿真，观察各示波器数据，并保存到相应的文件

实验报告

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写出球杆定位控制器通的主要组成，并描述各模块的功能与实现。 简述系统的使用方法和注意事项。 分析特性测试数据，验证系统参数。

实验扩展：

根据所学信号滤波方法，进行信号采集滤波，改变滤波器参数，观察滤波效果，设计出效果理想的低通滤波器。具体数字滤波器的设计方法参考有关ＭＡＴＬＡＢ资料。

二、 系统建模分析 1、机械建模分析

球杆定位控制系统是一个经典的控制理论教学模型，它具有物理模型简单、概念清晰，便于用控制理论算法进行控制的特点，系统给出一个相对简单的模型。

钢球在滑道加速滚动的力是小球的重力在同滑道平行方向上的分力与摩擦力的合力。钢球滚动的动力学方程，钢球在滑道上滚动的加速度：

a??gcos??gsin?

(1)

其中μ为钢球与轨道之间的摩擦系数，而α为滑道与水平面之间的夹角。

为了简化系统模型，考虑到摩擦系数比较小， 摩擦力可以忽略不计，因此，其基本的数学模型转换成如下方式：

??mgsin? m?x (2)

当α<<1时，线性化处理后，得到传递函数如下

x(s)g?2 ?(s)s (3)

其中X(s)为钢球在滑道上的位置。

在实际控制的过程中，滑道的仰角?是由电动机的转角输出来实现的。影响电动机转角?和滑道仰角?之间关系的主要因素就是齿轮的减速比和非线性。因此，我们把该模型进一步简化：

?(s)?b??(s)

(4)

把（4）式代入（3）式，我们可以得到另一个模型：

x(s)c?2 ?(s)s (5)

其中c是一个包含了b和g的影响的参数。

因此，球杆系统实际上可以简化为一个二阶系统。

2 电机建模分析

在这部分，我们对直流伺服电动机建模。电机产生的转矩是和电枢电流成正比例的：

T?K2ia (6)

K2为电机的力矩常数，ia为电枢电流。

当电枢旋转时在电枢中将感应出一定的电压，它的大小与磁通和角速度的乘积成正比。