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文檔簡(jiǎn)介
1、<p><b> 導(dǎo)航系統(tǒng)分析與校正</b></p><p> 1設(shè)計(jì)背景和設(shè)計(jì)要求:</p><p><b> 1.1設(shè)計(jì)背景</b></p><p> AGV(Automatic Guiding Vehicle),即自動(dòng)導(dǎo)航小車,是自動(dòng)化工廠的一種重要運(yùn)輸工具,已經(jīng)得到國(guó)內(nèi)外日益廣泛的應(yīng)用。其控制系統(tǒng)
2、的開發(fā)涉及到計(jì)算機(jī)、機(jī)械建模、自動(dòng)控制和無(wú)線通信等多個(gè)領(lǐng)域的學(xué)科。它與自動(dòng)導(dǎo)航有密切的關(guān)系,但是迄今為止,還沒(méi)有完全解決導(dǎo)航系統(tǒng)的駕駛穩(wěn)定性問(wèn)題。因此,自動(dòng)導(dǎo)航小車在行使過(guò)程中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)輕微的“蛇行”現(xiàn)象,這表明導(dǎo)航系統(tǒng)還不夠穩(wěn)定。</p><p><b> 1.2設(shè)計(jì)要求</b></p><p> AGV的導(dǎo)航系統(tǒng)框圖如圖(一)所示,其中 , 為使系統(tǒng)響應(yīng)斜坡輸
3、入的穩(wěn)態(tài)誤差僅為1%,要求系統(tǒng)的速度誤差系數(shù)。試設(shè)計(jì)合適的滯后校正網(wǎng)絡(luò),使系統(tǒng)的相角裕度達(dá)到 ,并計(jì)算校正后系統(tǒng)的超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間。</p><p> 2分析與校正的主要過(guò)程:</p><p> 2.1確定開環(huán)增益K</p><p><b> K=100</b></p><p> 所以待校正系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為;
4、</p><p> 2.2分析未校正系統(tǒng)的穩(wěn)定性</p><p><b> 系統(tǒng)的特征方程為</b></p><p><b> =0</b></p><p><b> 列勞思表如下:</b></p><p> 0.00084 1</
5、p><p> 0.061 100</p><p><b> 0.377</b></p><p><b> 100</b></p><p> 由勞思表可知,第一列有兩次符號(hào)變化,所以系統(tǒng)是不穩(wěn)定的,且有兩個(gè)正實(shí)部根。</p><p> 2.3分析未校正系統(tǒng)的頻域
6、特性</p><p> 40.3 rad/s</p><p><b> 所以</b></p><p> 用MATLAB作系統(tǒng)未校正前的伯德圖,在MATLAB command Window下鍵入下列語(yǔ)句:</p><p><b> n=100;</b></p><p>
7、 d=[0.00084,0.061,1,0];</p><p><b> bode(n,d)</b></p><p> margin(n,d)</p><p> 未校正系統(tǒng)的頻率特性曲線如圖(二)所示,由圖可以得到未校正系統(tǒng)的穿越頻率 rad/s,幅值裕度 dB。</p><p> 2.4根據(jù)相角裕度要求,選擇
8、已校正系統(tǒng)截止頻率</p><p> 現(xiàn)在作如下計(jì)算: </p><p><b> 設(shè)計(jì)要求要達(dá)到,且</b></p><p><b> 圖(二)</b></p><p><b> 由 </b></
9、p><p> 可得:=10.05 rad/s</p><p> 2.5確定滯后校正網(wǎng)絡(luò)</p><p><b> 由</b></p><p> 和20lg b + =0</p><p><b> 可得 b=0.11</b></p><p><
10、;b> 由</b></p><p><b> 可得T=9.05</b></p><p> 所以滯后網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)為:</p><p> 2.6驗(yàn)算已校正系統(tǒng)的相角裕度</p><p> 已校正系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為:</p><p><b> 由</b&g
11、t;</p><p> 10.1 rad/s</p><p> 接近50,滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p> 用MATLAB作已校正系統(tǒng)的伯德圖,在MATLAB command Window下鍵入下列語(yǔ)句:</p><p> n=[100,100];</p><p> d=[0.007602,0.55289,9
12、.111,1,0];</p><p><b> bode(n,d)</b></p><p> margin(n,d) </p><p> 已校正系統(tǒng)的伯德圖如圖(三)所示,由圖可以得到已校正系統(tǒng)的穿越頻率</p><p> 33.6 rad/s,幅值裕度為=15.9 dB。</p><p>
13、; 把圖(二)跟圖(三)作比較可以發(fā)現(xiàn),系統(tǒng)校正后,相位滯后了。所以串聯(lián)滯后校正網(wǎng)絡(luò)是合適的。</p><p> 2.7根據(jù)已校正系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)求超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間</p><p><b> 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式:</b></p><p> 諧振峰值 =1.285</p><p><b> 超調(diào)量 <
14、;/b></p><p><b> =27.4%</b></p><p><b> =2.63</b></p><p> 調(diào)節(jié)時(shí)間=0.82 s</p><p><b> 圖(三)</b></p><p> 3用MATLAB仿真,即求系統(tǒng)
15、的動(dòng)態(tài)響應(yīng)</p><p> 3.1未校正系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)</p><p> 未校正系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為</p><p><b> =</b></p><p> 在MATLAB command Window下鍵入下列語(yǔ)句:</p><p><b> n=100;</b>
16、;</p><p> d=[0.00084,0.061,1,100];</p><p><b> step(n,d)</b></p><p> 未校正系統(tǒng)輸出量的單位階躍響應(yīng)如圖(四)所示,橫坐標(biāo)為時(shí)間,縱坐標(biāo)為幅值,由圖可見系統(tǒng)是不穩(wěn)定的,而導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)該是穩(wěn)定的,所以應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行校正,使其滿足系統(tǒng)要求。 </p>&
17、lt;p> 3.2已校正系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)</p><p> 已校正系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為</p><p><b> =</b></p><p><b> 圖(四)</b></p><p> 在MATLAB command Window下鍵入下列語(yǔ)句:</p><p&g
18、t;<b> n=[100,];</b></p><p> d=[0.007602,0.55289,9.111,101,100];</p><p><b> step(n,d)</b></p><p> 已校正系統(tǒng)輸出量的單位階躍響應(yīng)如圖(五)所示,橫坐標(biāo)為時(shí)間,縱坐標(biāo)為幅值。 由圖可得
19、,對(duì)于已校正系統(tǒng)</p><p><b> 超調(diào)量 </b></p><p> 上升時(shí)間 0.267 s</p><p> 調(diào)節(jié)時(shí)間 0.735 s(5%誤差帶)</p><p> 可見,系統(tǒng)在添加串聯(lián)滯后校正網(wǎng)絡(luò)后,系統(tǒng)的阻尼程度增加了,且校正后的系統(tǒng)阻尼程度也夠大,響應(yīng)速度也很快。</p>&l
20、t;p><b> 圖(五)</b></p><p> 3.3系統(tǒng)校正前后比較</p><p> 系統(tǒng)在校正后,相角裕度為,達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)要求,并且校正后系統(tǒng)變的穩(wěn)定??梢娡ㄟ^(guò)串聯(lián)滯后校正網(wǎng)絡(luò),不僅使得AGV的導(dǎo)航系統(tǒng)變的穩(wěn)定,并且其動(dòng)態(tài)性能也符合實(shí)際要求。</p><p><b> 4結(jié)語(yǔ)</b></
21、p><p> 通過(guò)對(duì)AGV小車自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)的分析與校正,使我對(duì)它的導(dǎo)航系統(tǒng)原理有了一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)。經(jīng)過(guò)此次課程設(shè)計(jì),我對(duì)自動(dòng)控制原理的應(yīng)用有了進(jìn)一步的了解,并看到了它的廣闊發(fā)展前景。在設(shè)計(jì)過(guò)程中,我不僅僅運(yùn)用了所學(xué)過(guò)的知識(shí),也學(xué)到了很多。</p><p><b> 參考文獻(xiàn)</b></p><p> (1)白玉平主編,《自動(dòng)控制原理》,電子工
22、業(yè)出版社,北京,2002。</p><p> (2)王益群,孔祥東主編,《控制工程基礎(chǔ)》,機(jī)械工業(yè)出版社,北京,2003。</p><p> (3)韓利竹,王華編著,《MATLAB電子仿真與應(yīng)用(第2版)》,國(guó)防工業(yè)出版社,北京,2003。</p><p> (4)Morris Driels著,金愛娟,李少龍,李航天譯,《線性控制系統(tǒng)工程》,清華大學(xué)出版社,北
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