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自动控制理论课程设计.docx

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§自动控制原理课程设计§

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自动控制原理课程设计说明

本次课程设计主要是对磁盘读写定位控制系统的控制，以达到一定的性能指标的要求。

此次实验的目的是分析研究设计具体的控制系统；巩固并扩展所学习的自动控制原理知识；培养我们比较选择控制系统的方法和设计方法的能力；学习测定对象数学模型的实验技术；掌握自动控制系统设计过程的相关计算方法；提高利用计算机进行辅助设计的能力。

磁盘读写装置主要是通过直流电机的输入电压转换成读写头的径向的不同位移以实现对不同磁道上的信息进行读写，从磁盘驱动器的读写装置可以实现，控制磁盘读写系统的主要目标是将磁头准确的定位，以便准确读取磁盘磁道上的信息。由于磁盘的旋转速度很快，一般在1800—7200rpm之间，轨道的位置是通过读取预先录制在上的信息（格式化完成）进行检测的。因此，反馈通道的传递函数取为：H（S）=1。影响读写头定位的主要扰动因素有外界的冲击和震动，悬臂的谐振以及系统内部的参数发生改变等因素。由于扰动因素的存在，将使系统不能满足一定的性能指标。这次课程设计的主要是通过：比例控制，超前校正控制，滞后—超前校正控制确定系统的参数以使系统达到一定的性能指标。

控制系统的设计流程

1、建立控制目标

2、确定控制变量

3、确定对控制变量的指标要求

4、建立系统结构、选择执行器

5、获得系统、执行器和传感器的模型

6、描述控制器，选择要调节的关键参数

7、优化参数，分析性能

性能不满足性能满足，结束设计

一、利用实验数据建立对象数学模型（考虑读写头与悬臂刚性连接）

1、实验原理图：

R(s)

T S ?

S(TS?1)

C(s)

2、下表有采样曲线得到加以处理了数据：

表（1）实验数据处理

y(t)

y*(t)

1－y*(t)

Log[1－y*(t)]

0.0060

0.2022

0.9413

0.0587

－2.8347

0.0070

0.2079

0.9678

0.0322

－3.4372

0.0080

0.2111

0.9825

0.0175

－4.0468

0.0090

0.2128

0.9905

0.0095

－4.6611

0.0100

0.2137

0.9949

0.0051

－5.2784

0.0110

0.2142

0.9973

0.0027

－5.8976

0.0120

0.2145

0.9985

0.0015

－6.5178

0.0130

0.2147

0.9992

0.0008

－7.1382

3、各环节及系统的传递函数分别为：

G1(s)＝

2.148

0.001265s?1

最终的开环传递函数：

G2(s)＝0.001408s^2＋s

2.148

G(s)＝0.000001778s^3?0.002671s^2?s

二、采用比例控制

N(S)R(S)C(S)Ka

N(S)

R(S)

C(S)

2.148

0.001265s?1

s(0.001406s?1)

表（2）系统性能指标要求

性能指标

超调量σ%

调节时间t

预期值

小于5％小于200ms

（ms）

单位扰动的最大响应‰

小于5‰

2、控制系统的根轨迹图(未加比例时的根轨迹图)：

RootLocus

0.80.66

0.8

0.66

0.52

0.4

0.26

0.12

0.9

0.97

2e+003

1.5e+003

System

1e+003

System:sysGain:51.6

Pole:-249-8.5e-006i

Damping:1

Overshoot(%):0

Frequency(rad/sec):249

500

:sys

0.97

Gain:159Pole:-1.16e+003

Damping:1

Overshoot(%):0

0.9Frequency(rad/sec):1.16e+003

0.8

0.66

0.52

0.4

0.26

0.12

1500

1000

500

xAis

anr 0

r 0

gaim

I -500

-1000

-1500

-2000

-2500