6-卷紙張力控制系統(tǒng)（總12頁）--本頁僅作為文檔封面，使用時請直接刪除即可----內(nèi)頁可以根據(jù)需求調(diào)整合適字體及大小--指導(dǎo)教師評定成績:審定成績:重慶郵電大學動化學院自動控制原理課程設(shè)計報告設(shè)計題目：卷紙張力控制系統(tǒng)單位（二級學院）：學生'姓名：專業(yè)：班級：學號：指導(dǎo)k教師:設(shè)計時間：重慶郵電大學自動化學院制一、 設(shè)計題目二、 設(shè)計報告正文摘要關(guān)鍵詞（一） 、卷紙張力控制系統(tǒng)原理（二） 、控制過程分析（三）、系統(tǒng)的時域分析與頻域分析）、系統(tǒng)校正三、設(shè)計總結(jié)四、參考文獻_、設(shè)計題目在造紙廠的卷紙過程中，卷開軸和卷進軸之間的紙張張力采用下圖所示的卷紙張力控制系統(tǒng)進行控制，以保持張力F基本恒定。a要求：查閱相關(guān)資料，分析系統(tǒng)的工作原理，指出被控對象、被控量和給定量，畫出系統(tǒng)方框圖。分析系統(tǒng)每個環(huán)節(jié)的輸入輸出關(guān)系，代入相關(guān)參數(shù)求取系統(tǒng)傳遞函數(shù)。分析系統(tǒng)時域性能和頻域性能。運用根軌跡法或頻率法校正系統(tǒng)，使之滿足給定性能指標要求。(已知：T=T=3k=2k=2k=1k=3mn 1 2 m n反饋系數(shù)：a=1要求：①>4,Y>40)二、設(shè)計報告正文摘要：關(guān)鍵詞：（一）、卷紙張力控制系統(tǒng)原理a圖11卷紙張力控制系統(tǒng)系統(tǒng)工作原理：在造紙廠的卷紙過程中，當紙張不斷地從卷開軸向卷進軸運動時，線速度就會下降，從而紙張承受的張力會相應(yīng)的減小。為保證張力的基本恒定，必須調(diào)整電機的轉(zhuǎn)速。圖11所示的控制系統(tǒng)中，采用三個滑輪和一個彈簧組成的張力測量器來測量紙上的張力。將測量的實際張力與預(yù)設(shè)張力進行比較，經(jīng)放大器放大后得到電機的輸入電壓。通過電壓的變化來調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速，進而調(diào)節(jié)卷開軸向卷進軸運行的線速度。最終，使紙張的張力保持基本恒定。電機被控對象預(yù)設(shè)張力系統(tǒng)給定量實際張力系統(tǒng)控制量通過對系統(tǒng)的分析，可得卷紙張力控制系統(tǒng)的方框圖如圖12所示圖12卷紙張力閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖（二）、控制過程分析1、各個環(huán)節(jié)的傳遞關(guān)系如下：（1）、實際測得的張力與預(yù)設(shè)張力進行比較后，經(jīng)過放大器放大作為電機的輸入電壓。

比較裝置⑵、放大器的輸出電壓作為電機的輸入電壓對電機進行調(diào)速控制。U-.U-.電機⑶、電機的轉(zhuǎn)速與卷進軸的轉(zhuǎn)速相同，所以電機的轉(zhuǎn)速與紙張的線速度成線性關(guān)系。卷進軸（4）、由三個滑輪和一個彈簧秤組成的測力系統(tǒng)對紙張的張力進行測量。VV張力測量系統(tǒng)⑸、將測得的張力反饋到比較裝置與預(yù)設(shè)張力進行比較。反饋反饋2、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖2、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖可以求函數(shù)為得，由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖可以求函數(shù)為得，系統(tǒng)的開環(huán)傳遞：G（s）="盧、0 （TS+1）30+1）閉環(huán)傳遞函數(shù)：心' 、kk°kKc （rS+1）（TS+1）+KKKKm n 1 2mn（三）、系統(tǒng)的時域分析與頻域分析(1)、動態(tài)性能分析由系統(tǒng)的傳遞函數(shù)可得3=匚=n系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)如下圖所示系統(tǒng)各時域參數(shù)為：3=3Ji-七2K-pt=—-r3d1+0.7。3

3.5t= S知nh\h\t）-h（8）Pl—\

h（8）x100%所以系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性能指標：w=3.1363t-t-t=t=b=%、穩(wěn)態(tài)性能分析穩(wěn)態(tài)誤差是描述系統(tǒng)穩(wěn)定性能的一種性能指標，在階躍信號、斜坡信號作用下進行測定和計算。若在時間是無窮時，系統(tǒng)輸出量不等于輸入量或輸入量的確定函數(shù)，則存在系統(tǒng)誤差。穩(wěn)態(tài)誤差是系統(tǒng)控制精度或抗干擾動能力的一種度量。因為該系統(tǒng)是零型系統(tǒng)，所以對階躍信號來說是有差跟蹤，對單位脈沖信號和其他信號存在穩(wěn)態(tài)誤差。由e(8)=——；——R 可知：ss 1+limG(s)H(s)ST0對階躍信號是有e(8)=二=二SS 1+K13對其他信號有e^(8)=8。2、頻域分析

開環(huán)傳遞函數(shù)，知道它的頻率G,、的表達式如下：0（jw）G= 12 。(知(0.35jw+1)(3jw+1)系統(tǒng)的波特圖如圖所示：BodeDiagramGm=InfdB(artInfrad/sec),Prn=52.1deg(at2.82radJsec)由波特圖知，截止頻率七=2.8248rad/s；相角裕度Y=37.0554。；幅值裕度為+sdB。（四）、系統(tǒng)校正1、做原系統(tǒng)的波德圖亶擋mc:密巨&皆〕朋罷dBodeDiagramGm=Infd亶擋mc:密巨&皆〕朋罷dBodeDiagramGm=Infd日［atInfrad/sec),Pm=52.1deg(at2.82rad/sec)由圖可知，截止頻率七=2.8248rad/s；相角裕度y=37.0554。均略小于所要求的值，所以可以采用超前校正2、計算需補償?shù)南辔怀敖?m甲=400-37.0550+200甲=22.9450m3、計算衰減率1-a1-a9=sin-1 m1+a1一sin9

a= m1+sin9m4、確定新的開環(huán)截止頻率sc如圖所示1—14:(4、確定新的開環(huán)截止頻率sc如圖所示1—14:( 1 1L(s) =---20lg一。 "s=s 2 am,1|20lg1/a120g1/ar,、+1三-L(s)cs120dB八s°C0-：20lg1/a■洪L(s)L(s)1r1 /—_.20lg =—3.6db=4.15 2a5、確定兩轉(zhuǎn)折頻率氣,也。①=—=^ya?①,=2.75①=——=—?①=6.266、 補償增益K=—=2.277、 校正后的開環(huán)頻率特性L(①)=L(①)+L(①)G(s)=G(s)?G(s)=K巾1+0.36s 12=c?以1+0.16s?(0.35s+1)(3s+1)8、校驗計算結(jié)果o=4.21>4中=arctan0.36o-arctan0.16o-arctan3o—arctan0.35ao中=—136.28cY=180+甲=1800—136.28y=43.°72>40所以校正后的系統(tǒng)滿足給定要求。校正后的波德圖如圖所示：

BodeDiagramGm=IntdB(stInfradfeec).Pm=66.7degCat3.53rad/sec)50fiiii—111■i