数控工作台直线运动单元控制系统地建模与仿真分析报告报告材料2.doc

《机电控制工程》数控工作台直线运动单元控制系统建模与仿真分析学号姓名:班级:指导老师:日期:一、)、结合自动控制原理,掌握机电控制系统建模、仿真分析方法和技能;2)、学****使用MATLAB软件Simulink工具箱构建控制系统的数学模型,绘制时域、频域曲线;)建立如图(1)所示的数控工作台的直线运动单元速度控制系统数学模型,以给定电压为输入、以实际丝杠转速为输出,求出系统开环传递函数;参考给定的相关数据表1,确定关键参数,进行相应简化处理后进行MATLAB/Simulink仿真分析,分析结构参数对系统性能的影响,并判断稳定性;比较matlab仿真分析结果与直线运动单元的实际运行结果,进行模型验证。2)建立如图(2)所示的数控工作台直线运动单元的速度闭环的数学模型,以给定电机转速为输入、以实际电机轴转速为输出,求出系统闭环传递函数;参考给定的相关数据表1,确定关键参数,进行相应简化处理后进行MATLAB仿真分析,分析结构参数对系统性能的影响,并判断稳定性;比较matlab仿真分析结果与直线运动单元的实际运行结果,进行模型验证。图(1)速度开环系统图(2).(参考)(1)分别就图(1)与图(2)两个系统按建模步骤写出建模过程;(2)画出动态结构图;(3)图(1)以给定电压为输入、以实际丝杠转速为输出,求出系统开环传递函数;(4)图(2)以给定电机转速为输入、以实际电机轴转速为输出,求出系统闭环传递函数;(5)采用MATLAB对速度控制系统进行仿真分析,包括时域和频域分析,分析结构参数对系统性能的影响,并判断稳定性;(6)比较matlab仿真与XY工作台的实际运行效果,验证模型。二、直线运动单元的开环系统模型及仿真1、速度开环系统建模(1)根据克希霍夫定律,电枢回路电压平衡方程为:(2)一般电磁转矩与电枢电流成正比,即:其中为转矩常数。(3)电动机轴上的转距平衡方程:电磁转矩用以驱动负载并克服摩擦力矩,其中:为电动机轴上的总转动惯量,包括转子转动惯量及丝杠的转动惯量和工作台折算到丝杠的转动惯量。(4)电磁感应反电动势为:上面四个方程中各个参数的含义及取值见下表2:,,无需求出精确值中间变量电机转矩中间变量,、:丝杠转动惯量工作台折合到转轴上的转动惯量L丝杠导程5mm见表1D丝杠直径14mm见表1h丝杠长度360mm见表1工作台质量块质量15kg见表1丝杠密度见表1速度放大增益暂取20见表1(5)将上述方程进行拉氏变换后得到:当不计负载时,该开环系统的职能框图为:—开环系统的传递函数为:2、使用Simulink进行仿真当不计外加负载时,在Simulink中构建模型如下:取输入电压为幅值24V,频率1Hz的正弦波,用Matlab对输出转速的仿真效果如下图所示:=[];%传递函数分子den=[-7,-4,];%传递函数分母sys=tf(num,den);%建立传递函数figure(1);%第1张图step(sys,'g');%阶跃响应,时域图,图线显示为绿色gridon;%网格线figure(2);%第2张图bode(sys,'g');%频域分析,伯德图,绿线表示gridon;%网格线figure(3);%第3张图nyquist(sys,'m');%奈氏图,红线表示gridon;%网格线figure(4);%第4张图nichols(sys);%尼柯尔斯gridon;%网格线figure(5);%第5张图margin(sys);%求系统的稳定裕度gridon;%网格线仿真得到如下图线;1)、阶跃响应2)、伯