自动控制原理实验报告.doc

自动控制原理实验研究报告(2010-2011学年第一学期)
人造假肢位置控制系统
姓名: 原润班号: 2281 学号: 2008300564
摘要:
19世纪80年代以后,单片机技术的发展使得人造假肢的灵活性和操纵的精确性得到了大大提高,如下为典型的人造假肢原理图,采用伺服控制系统
神经
系统
传感器过滤器器器
电压
放大
功率
放大
直流
电动机
转速计
预期
位置+ —
感觉的位置


大脑
假肢
位置
肌电信号
关键字:原理图伺服系统
引言:
由于人脑在肌肉接收信号以后,做出判断之前会有一个时间上的延时,因此必须对假肢系统的性能做合理的规定与限制。如果系统敏感性过高,则会产生过快的操纵速度,使得人脑对其难以控制,如果敏感性差,则会使肢体显得过于迟钝。为分析问题简单起见,仅研究假肢一个方向的控制原理图。人脑在感受实际位置以后,产生与理想位置的偏差信号,特殊生物传感器接收到这一肌电脉冲以后,将其放大为能够驱动电动机的电压信号。电动机回路包括一个速度反馈回路,回路输出经积分后为假肢位置。
建立被控对象数学模型
滤波器采用一阶RC低通滤波器
设滤波器的输入电压为ex,输出电压为ey,电路的微分方程为:
这是一个典型的一阶系统。令=RC,,对上式取拉氏变换,有:
对于直流电动机有:
电枢回路的电压平衡方程:
转矩平衡方程:
2. 分析被控对象特性
神经系统的传递函数设为
过滤器取=
电压放大器取参数
电动机取为(为一个二阶欠阻尼系统,且稳定)
转速计取参数

X(s)
—
预期
位置+
对于电动机回路而言,闭环传递函数为
整个系统的开环传递函数为
系统待定参数有两个,采用根轨迹方法进行研究。以为参变量的根轨迹受取值的影响,而电动机回路只与速度反馈系数有关,因此首先研究参数的影响。电动机回路的闭环特征方程为

于是关于参数的等效开环传递函数为


以为可变参数的根轨迹下图所示
MATLAB程序:
g0=tf(5,[1 11 10]);
rlocus(g0);
[kt,polest]=rlocfind(g0)
Select a point in the graphics window
selected_point =
- -
kt =

polest =
- +
- -
由图可以看出
=,此时电动机回路子系统既具有较好的相对稳定性,响应速度也比较理想。
>,系统阻尼比减小,响应平稳性下;<,系统的响应速度较慢,故以下分析中取=。

此外,当取不同值时,关于的根轨迹如下图所示。
MATLAB程序:
a1=conv([1 4 0 0],[1 11 10+5*2]);
a2=conv([1 4 0 0],[1 11 10+5*]);
a3=conv([1 4 0 0],[1 11 10+5*7]);
g1=tf(20*[1 ],a1);
g2=tf(20*[1 ],a2);
g3=tf(20*