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1、雕刻机控制系统图（a）所示为雕刻机，其x轴方向配有两台驱动电机，用来驱动雕刻针运动；另外，还各 有一台单独的电机用于在y轴和z轴方向驱动雕刻针。雕刻机x轴方向位置控制系统模型如 图（b）所示。用频率响应法控制器增益K的值，使系统阶跃响应的各项指标保持在允许范1围内。基本思路：首先选择增益K的初始值，绘制系统的开环和闭环对数频率特性曲线，然后1用闭环对数频率频率特性来估算系统时间响应的各项指标。若系统性能不满足设计要求，则 调整K的取值，重复以上设计过程。最后，用实际系统的仿真来检验设计结果。1取KT则系统开环频率特性为gw)二 jw(0.5jw + l)w +1)（bi结恂图模醴图（1）雕刻机
2、控制系统计算G（jw）的幅值与相位，如表（2）所示。根据表（2）可绘制开环对数频率特性图如图（2） 所示。由图可见，系统的相角裕度丫 = 33。，相应的闭环系统是稳定的。表（2）雕刻机G （jw）的频率响应55o500553388702,-Bode Diagram、-r 2_o10-110101102Frequency (rad/sec)由闭环频率特性函数(jw)=2jw)3 +3(jw) + 2(jw) + 2可以画出闭环频率特性曲线，如图（3）所示。0.20.40.81.01.41.820lgl G k dB147-1-4-9-13申（w）（。）-107-123-150.5-162-179
3、.5-193EpnuarazBose DiagramO-90-口岂 clIHELId10 101a10Fr&nuency rrad/sec)由图可见，系统存在谐振频率，其值二0.8，相应的谐振峰值r20lg M =5dB,M 二 1.78rr根据图（3）,可以认为系统的主导极点为共轭复极点。于是，可由图4）给出的关系曲线,并由M二1.78估计出系统的阻尼比E = 0.28，然后进一步得到标准化谐振频率r因为已求出二0.8,故无阻尼自然频率r0.8=0.87O =r 0.92于是，雕刻机控制系统的二阶近似模型应为（S）=2ns2 + s + 2nn0.76S2 + 0.49s + 0.76根据近
4、似模型，可以估算出系统的超调量为b 0 = e-疋1弋 2 x 100 0 = 40 0-0 0 - 0调节时间（A = 20，）为44 t 二 二 17.96sS 3n最后，按实际三阶系统进行仿真，其单位阶跃响应如图（5）所示，得到b 0 = 39/,t二4s，t二16s。结果表明，二阶近似模型是合理的，可以用来调节系统参 00 ps数。雕刻机控制系统的单位阶跃响应如下:o8 6 4 2 0 a a a a eunEAAl1L”r i J i f f JIJ J f J JVi t t j f ji j ii j ji j i r f f i1 i i ii i i/ /1.41.21Step Response2025Time (sec)
雕刻机控制系统课程设计
