本科生课程设计（报告）
题 目:
姓 名: 学 院: 专 业:
班 级: 学 号: 指导教师:
2010年 12月16日 南京农业大学教务处制
自动控制原理课程设计 机械手终端执行器微机控制
前言
现代化社会中自动控制理论应用于各行各业，在机械手这一装置上，这一理论显得尤为重要。机械手广泛应用于各种工业生产，对于提高生产效率和准确度
有着极为重要的意义，特别是劳动力成本越来越高而且越来越多的环境不适宜人的操作，机械手的发展是十分必要的。当下机械手控制非常热门，并且将在未来很长一段时间内在人们社会生活的各个角落都有可能用到，为此我们学校安排我们进行了为期一周的自动控制实习—机械手钳杯控制。其基本原理是利用一个微控制器控制执行电机的转动，从而带动机械臂的移动，使其能够快速夹紧杯子而又不至于夹碎。我们的实习工作就是针对机械臂的加速减速以及微调的控制系统进行数学建模，运用经典控制理论知识设计控制器，并运用Matlab进行仿真分析。首先，此次课程设计的目的是针对具休的设计对象，对象参数进行数学建模，运用经典控制理论知识设计控制器，并运用Matlab进行仿真分析。通过本课程设计，建立理论知识与褓对象之间的联系，加深和巩固所学的控制理论知识，增加工程实践能力。其次，我们在正式实习之前已将准备工作做好，安装好Matlab软件以及熟练掌握了常用的几种系统校正方法，如串联超前滞后，根轨迹校正，PD,PID等的校正。最后根据我们小组的讨论以及对实习中项目的要求，我们分别做了根轨迹校正和PID校正，以作对比，最后经simulink仿真之后发现PID对该系统的控制校正效果更好。
摘要
机械手的运行必须快速、准确、稳定，这样才能符合生产的要求。在原来基础的系统模型基础上，应用根轨迹校正或PID校正分别对系统的响应速度以及稳定性能进行调节，利用MATLAB和SIMIULINK进行仿真设计，达到预期的目标。
关键字： 系统校正 自动控制 模拟仿真
机构图形如下：
机构参数：
克服摩擦力矩Mf?2 x 10?2Nm 电压变电流放大倍数KI?1A/V 电流变力矩放大倍数KT?0.5Nm/A 传感器变换系数K0?0.83V/mm 所夹容器的最大直径Dmax?0.2m
弹性衬垫的压缩量为（5mm~8mm) 时可压紧容器又不至于损坏容器，期
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望压缩量为6mm
最终性能要求： ?%?15%，ts?1.5s，精度?0.1mm 三 问题理论分析： 1、控制过程分析：
系统运动分为三个阶段：
（1）加速阶段，初始位置为夹钳最大开度0.2m，加速时间为0.5s，加速位移为0.1m。
（2）减速阶段，起始时为夹钳接触玻璃容器开始，减速最大行程为5mm，以上两个阶段采用开环控制，以提高响应速度。
（3）夹紧阶段，减速阶段完成后，这时传感器开始有输出，起始位置为减速结束的位置。
2、控制系统模型分析：
前两个阶段用开环控制，先求系统传递函数，根据电动机输出转矩与电动机转子角速度之间的关系有：
dw?M?Mf Jdt2?Rm2?4rdrd??3.125X10 其中：J 为转动惯量；J???
00?R2 ?为电动机转子角速度 M电动机输出电磁转矩 Mf摩擦转矩
R电机驱动轮半径
d? 又因为：??；?为转子角位移
dtd2?J2?M?Mf 则：dt 以及：y=?R
2??Js?(s)?M(s)?Mf(s) 对以上两式去拉氏变换?
??Y(s)??(s)R 可以得到Y(s)? G(s)?M(s)?Mf(s)Js2R
Y(s)R?2
M(s)?Mf(s)Js80 2s代入数据可得：G(s)?M?Mfd2yd2??80?M?Mf? 加速度 a?2?R2?RdtdtJ
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方案一：第三个阶段为调整阶段，通过传感器组成闭环系统，由于之前的
系统只有两个存在于原点的极点系统并不稳定。其根轨迹图如下：
由此可知需要对系统增加一个开环零点系统可能稳定。现增加一个零点 得到如下的跟轨迹曲线从中取一个点在该处的极点和增益：
3
现在采用超前校正来进行系统设计，由传感器参数可得H(s)?830，原系统的传递函数为G(s)?80。 2s方案二：采用超前校正对系统进行补偿，可以使系统稳定，现在进行参数
计算。
?12?a1t1?s1 第一阶段加速阶段：由?2
?a1?80(M?Mf)? 取s1?0.1m,t1=0.5s
得：a1?0.8m/s2,M?0.03Nm,v1=0.4m/s , 由M?r1(t)KIKT可以知道加速阶段的输入电压r1(t)?0.06V； 第二阶段减速阶段：
由?v1?a2t2?v2 ?22v?v1?2a2s2?2 取s2?0.005m，v2?0m/s
得a2??16m/s2，M??0.18Nm， t2?0.025s
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