基于状态反馈的车床控制系统设计报告

.基于状态反馈的车床控制系统 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 一、目的要求目的：1、通过课程设计，加深理解现代控制理论中的一些基本概念；2、根据实际问题建立系统状态空间方程，掌握用状态方程描述的线性系统的稳定性、能控性、能观性的分析计算方法；3、掌握对线性系统能进行任意极点配置来表达动态质量要求的条件，并运用状态反馈设计方法来计算反馈增益矩阵。4、设计全维和降维状态观测器，并用Simulink搭建系统框图进行仿真，分析设计后系统的性能。达到理论联系实际，提高动手能力。要求：1、在思想上重视课程设计，集中精力，全身心投入，按时完成各阶段设计任务。2、重视理论计算和MATLAB编程计算，提高计算机编程计算能力，学习使用Simulink对系统进行仿真。3、认真写课程设计报告， 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 经验教训。二、超精密车床控制系统模型超精密机床是实现超精密加工的关键设备，而环境振动又是影响超精密加工精度的重要因素。为了充分隔离基础振动对超精密机床的影响，目前国内外均采用空气弹簧作为隔振元件，并取得了一定的效果，但是这属于被动隔振，这类隔振系统的固有频率一般在2Hz左右。图1车床模型.'.图2车床物理模型其中为机床质量，为空气弹簧粘性阻尼系数，为机床位移，为空气mcsk0弹簧刚度系数，为地基位移，为主动隔振系统作动器（不表示参数）s0G上图表示了亚微米超精密车床隔振控制系统的结构原理，其中被动隔振元件为空气弹簧，主动隔振元件为采用状态反馈控制策略的电磁作动器。上图表示一个单自由度振动系统，空气弹簧具有一般弹性支承的低通滤波特性，其主要作用是隔离较高频率的基础振动，并支承机床系统；主动隔振系统具有高通滤波特性，其主要作用是有效地隔离较低频率的基础振动。主、被动隔振系统相结合可有效地隔离整个频率范围内的振动。床身质量的运动方程为：msFF0paF——空气弹簧所产生的被动控制力PF——作动器所产生的主动控制力a假设空气弹簧内为绝热过程，则被动控制力可以表示为：Fcykyp1VVAynAP0rrreeV——标准压力下的空气弹簧体积ryss——相对位移（被控制量）0p——空气弹簧的参考压力rA——参考压力下单一弹簧的面积rA4A——参考压力下弹簧的总面积ern——绝热系数电磁作动器的主动控制力与电枢电流、磁场的磁通量密度及永久磁铁和电磁铁之间的间隙面积有关，这一关系具有强非线性。由于系统工作在微振动状况，且在低于作动器截止频率的低频范围内，因此主动控制力可近似线性化地表示为：.'.FkIaeak——力-电流转换系数eI——电枢电流a其中，电枢电流I满足微分方程：aLIRIEI,yutaaaL——控制回路电枢电感系数R——控制回路电枢电阻E——控制回路反电动势u——控制电压三、控制系统设计（一）参数与性能指标已知某一车床的参数为k1200N/m，m120kg，k980N/A，c0.2，0eR300，L0.95H。闭环系统单位阶跃响应的超调量不大于5%；过渡过程时间不大于0.5秒(=0.02)（二）设计要求1、根据直流电机工作原理建立状态方程，求开环系统的状态空间表达式。相对位移量y是被控制量，由于地基位移s为常数，由公式0msFF0pa可得：1ysFFmpa将F与F带入到上式中，得到：pa1ycykyp{1[V/(VAy)]n}AkIm0rrreeea若令：Xp{1[V/(VAy)]n}Arrree则有：.'.1y(cykyXkI)(1)m0ea上式两侧对时间求导，得到：1y(cykyXkI)m0ea由式(1)可得：mycykyXI0ake上式两侧对时间求导可得：mycykyXI0ake将上两式的结果带入到电枢电流满足的微分方程中，得到：mycykyXmycykyXL0R0E(I,y)u(t)kkaee为处理方便，将X,X以及E(I,y)信号视为干扰信号，进行简化忽略，得到a被控制量的微分方程如下：Lmy(LcRm)y(LkRc)yRkyku(t)00e选择状态变量如下：xy，xy，xy123得状态方程如下：xx12xx23RkLkRcLcRmkx0x0xxeu3Lm1Lm2Lm3Lm开环系统的状态空间表达式为：.'.x010x011x001x0u22xRkLkRcLcRmxk3003eLmLmLmLmx1y100x2x3带入参数得：.x010x011x.001x0u22x.3157.910.5315.8x8.633x1y100x2x32、分析系统性能：分析系统稳定性、能控性、能观性；求取系统单位阶跃响应并分析动态特性（稳态误差、超调量、调节时间等）。用simulink仿真，在单位阶跃响应输入时，输出如下：.'.可得系统输出震荡，稳态误差、超调量均无，调节时间为无穷。3、根据系统动态质量指标要求，设计状态反馈控制器，包括指标转换和极点配置，求出状态反馈控制率以及闭环系统的状态空间表达式，并分析设计后系统的性能。.'.经过仿真实验微调，将k1改为-24，k2改为240，k3改为1460，得到更优的动态特性：无超调，调节时间约为0.4s。4、对闭环系统进行MATLAB编程数字仿真和Simulink的仿真，包括源程序和单位阶跃响应的仿真曲线。A=[010;001;-109.4-2074.5-15713.9];B=[0;0;-6.4];C=[100];D=[0];sys=ss(A,B,C,D);x0=[0.005;0.005;0.005];[y1,x1,t]=initial(A,B,C,D,x0);figure(1)subplot(3,1,1),plot(t,x1(:,1));xlabel('Time(sec)'),ylabel('X_1');subplot(3,1,2),plot(t,x1(:,2));xlabel('Time(sec)'),ylabel('X_2');.'.subplot(3,1,3),plot(t,x1(:,3));xlabel('Time(sec)'),ylabel('X_3');figure(2);[y1,x1,t]=step(A,B,C,D);plot(t,y1);xlabel('Time(sec)'),ylabel('Y');0.05X10-0.05020406080100120Time(sec)x10-35X20-5020406080100120Time(sec)x10-332X310-10102030405060Time(sec)0-0.01-0.02Y-0.03-0.04-0.05-0.060102030405060708090100Time(sec).'.、设计降维状态观测器来解决状态变量、的估计问题，对新系统进行状5X2X3态观测并对降维观测器的状态反馈控制律进行设计。（提示：在设计状态观测器时，可以通过Simulink仿真来选择合适的极点）001T010选定变换矩阵，100求出变换后系统如下：x.1-15714-2075-109x-6.4.1x100x0u22x.010x033x1y100x2x3g设G1，假设gg0，求得两个极点均小于零。故状态观测器稳定。g122得状态观测器如下:1571420751096.4xyu1000x仿真及仿真结果如下：.'..'..'..'