海底隧道钻机控制系统设计

海底隧道钻机控制系统设计（此文档为word格式，下载后你可任意修改编辑）一、海底隧道自动控制系统框图-1-由题已知条件，设N(s)=0，则系统在给定信号R(s)下的闭环传递函数()Φers为：可求得系统在给定信号R(s)时的稳态误差为：KsssRssssEessssr12)()1(lim)(lim)(2200当R(s)=0时，在扰动信号N(s)作用下的系统闭环传递函数()Φens为：到此可求得系统在扰动信号N(s)作用下的稳态误差为：()()200()limlim12SssnSsssNesEssk由（1），（2）两式可得在R(s)和N(s)作用下系统的输出为：二、接下来根据不同的K值MATLAB绘制时域仿真曲线在单位阶跃输入的N(s)，R(s)时有：此时的输入稳态误差和扰动稳态误差为：)1..(..........1211)()(2)(KssKssRsEserΦ)2.(..........121)()(2)(KsssNsEsenΦ22111()()()1212KsCsRsNsssKssKssNssR1)(,1)(Keessnssr1)(,0)(-2-在这里我取K值分别为1，20，60，100，120，150，单位阶跃输入以及单位阶跃扰动下的系统框图和响应分别为（Δ=2）：（注：由系统的稳定性和闭环传递函数可知，极点必须位于s左半平面，故K值必须大于0）下面的分析中将输入响应和扰动响应进行分开讨论。（1）K=1系统的模拟框图为:在N(s)=0时得到的单位阶跃响应曲线，如下图:-3-容易看出此时系统调节时间达到二十五秒左右，不能满足题目要求。此时系统响应没有超调。令R(s)=0时，在扰动信号N(s)作用下得阶跃响应曲线，如下图:此时系统的扰动稳态误差为-1。K=1不能满足系统的响应时间为5s，精度为0.01的标准。-4-（2）K=20系统的模拟框图为:在N(s)=0时得到的单位阶跃响应曲线，如下图:此时系统的调节时间为0.92s，超调量为4%。令R(s)=0时，在扰动信号N(s)作用下得阶跃响应曲线，如下图:-5-此时系统的扰动稳态误差为-0.05，仍然无法满足系统精度要求。由扰动稳态误差可知，只有当K=100的时候，才能满足精度要求。（3）K=60系统的模拟框图为:在N(s)=0时得到的单位阶跃响应曲线，如下图:-6-此时的调节时间为0.65s，超调量为15%。令R(s)=0时，在扰动信号N(s)作用下得阶跃响应曲线，如下图:此时系统的扰动稳态误差为-0.0167，仍然无法满足系统精度要求。-7-（4）K=100系统的模拟框图为:在N(s)=0时得到的单位阶跃响应曲线，如下图:此时的调节时间为0.66s，超调量为22%。令R(s)=0时，在扰动信号N(s)作用下得阶跃响应曲线，如下图:-8-此时系统的扰动稳态误差为-0.01，达到了系统给的精度要求。（5）K=120系统的模拟框图为:在N(s)=0时得到的单位阶跃响应曲线，如下图:-9-此时的调节时间为0.66s，超调量为25%。令R(s)=0时，在扰动信号N(s)作用下得阶跃响应曲线，如下图:此时系统的扰动稳态误差为-0.0083，达到了系统给的精度要求。-10-（6）K=150系统的模拟框图为:在N(s)=0时得到的单位阶跃响应曲线，如下图:此时的调节时间为0.62s，超调量为28%。令R(s)=0时，在扰动信号N(s)作用下得阶跃响应曲线，如下图:-11-此时系统的扰动稳态误差为-0.0067，达到了系统给的精度要求。三、将各响应曲线通过编程反应在一张图当中进行比较。（一）下面将K取值分别为1，20,，60，100，120，150的单位阶跃输入（N(s)=0）的响应利用matlab编程表达在一张图中。Matlab编程：响应图为：-12-（二）K取值分别为1，20,，60，100，120，150的单位阶跃扰动（R(s)=0）的响应利用matlab编程表达在一张图中。Matlab编程：响应图为：-13-由以上分析，得出下面表格：增益K超调量σ%调节时间（Δ=2%）输入稳态误差扰动稳态误差1-250-0.1204%0.920-0.056015%0.650-0.016710022%0.660-0.0112025%0.660-0.008315028%0.620-0.0067注：N(s)和R(s)均为单位阶跃输入-14-从表中可以看出，随着K值的增大超调量在不断的增大，扰动稳态误差（单位阶跃输入和单位阶跃扰动的稳态误差之和）不断的减小，调节时间在减小，但当K值达到60以后调节时间的变化不大。为了满足题目要求的响应时间小于5s，精度达到0.01，同时超调量在相对比较合理范围时，在这里K值取值在100到150之间比较好。为了讨论方便，接下来取K≥100进行频域分析和离散化仿真。K值取100时的闭环系统的零、极点图为由图中可以看出闭环零、极点的值，极点位于左半平面系统是稳定的。-15-四、频域仿真（1）K值为100时，用matlab绘制系统的bode图：Matlab程序：由以上值可以看出，系统图的截止频率Wc=Wcp=13.2898rad/s，相角裕量ϒ=Pm=59.9290º，从下图看到相频特性曲线并没有穿过-л，故相角穿越频率Wg=Wcg不存在，幅值裕量为无穷大。系统的bode图：-16-K=100时系统的nyquist图为：-17-（2）K值为120时，用matlab绘制系统的bode图：Matlab程序：-18-此时，系统图的截止频率Wc=Wcp=13.9343rad/s，相角裕量ϒ=Pm=56.0476º，从上图看到相频特性曲线并没有穿过-л，故相角穿越频率Wg=Wcg不存在，幅值裕量为无穷大。K=120时系统的nyquist图为：（3）K值为150时，用matlab绘制系统的bode图：Matlab程序：-19--20-此时，系统图的截止频率Wc=Wcp=14.8847rad/s，相角裕量ϒ=Pm=51.3497º，从上图看到相频特性曲线并没有穿过-л，故相角穿越频率Wg=Wcg不存在，幅值裕量为无穷大。K=150时系统的nyquist图为：比较K=100，120，150，相频特性曲线都没有穿过-л，因此通的稳定性还是很好的，随着K值增大Wc不断增大，系统的快速性不断提高。五、系统的离散化仿真设计对于系统的离散化仿真设计，在这里只取K值为100进行仿真分析，当K取大于100的其他值时，可以通过同样的方式得出。-21-与时域相对应，只有输入和只有扰动输入的情况下，先对传递函数做Z域变换：注：在这里采样周期取0.1s取采样周期为0.1s时只有输入时的响应为：-22-只有扰动的响应为：从系统的离散化仿真中可以看出，离散化仿真与时域仿真相对应，只要采样周期T取的值足够小，响应图中看到的曲线几乎是和时域图中看到的曲线一模一样。六、心得体会（1）钻机控制系统的仿真设计，感觉K值的限定条件有点少，在精度为0.01rad的条件下，K值一般都能满足响应时间（5s）的要求，而系统的稳定性也能够得到满足，这样就只能通过超调量的大小来判断K值在哪个范围内比较合适。还有就是从系统的bode图中，无法判断不同K值系统稳定性的好坏，可能是这方面懂的不是很多。在这里只用了时域和频域方法进行仿真，对于作业要求中的复域方法进行仿真没有去做，这方面没有学习。（2）本次控制系统进行仿真的关键部分我认为是对系统框图的-23-输入和输出部分进行分开处理，即系统框图的分解，但是在频域仿真时没有对干扰项做单独的开环频域仿真，只进行了输入项的开环频域分析，觉得这样的处理没太大必要。在分析每一种K值下的系统的变化时，总感觉处理的信息不够，要么就是分析的过于简洁，不知道该再在哪方面下手，觉得分析得出来的一些结论也没有太大的实在价值，只是做了一些皮毛处理。（3）在这里就把对课程设计的一些建议也说了吧，总的来说课程设计的作用性和意义性是很大的，对我们而言，正是需要一些像这样自己动手操作的而且带有开放性的课题去锻炼，知识的运用和发现其实就在这些方面，从不懂到熟悉，从茫然到认知，就好像是事物的渐进过程一样，只有经历了必不可少的过程才可能有新的突破，不过这一切都要建立在我们学生对自己的认识上，也许并不是每个人都需要这样的锻炼，但这样的锻炼于每个人却是十分宝贵的，觉得课程设计这样的作业很好，没有更好的建议了。1原文已完。下文为附加文档，如不需要，下载后可以编辑删除，谢谢！施工组织设计本施工组织设计是本着“一流的质量、一流的工期、科学管理”来进行编制的。编制时，我公司技术发展部、质检科以及项目部经过精心研究、合理组织、充分利用先进工艺，特制定本施工组织设计。一、工程概况：西夏建材城生活区27#、30#住宅楼位于银川市新市区，橡胶厂对面。本工程由宁夏燕宝房地产开发有限公司开发，银川市规划建筑设计院设计。本工程耐火等级二级，屋面防水等级三级，地震防烈度为8度，设计使用年限50年。本工程建筑面积:27#楼3824.75m2;30#楼3824.75m2。室内地坪±0.00以绝对标高1110.5m为准，总长27#楼47.28m；30#楼47.28m。总宽27#楼14.26m；30#楼14.26m。设计室外地坪至檐口高度18.600m，呈长方形布置，东西向，三个单元。本工程设计屋面为坡屋面防水采用防水涂料。外墙水泥砂浆抹面，外刷浅灰色墙漆。内墙面除卫生间200×300瓷砖，高到顶外，其余均水泥砂桨罩面，刮二遍腻子；楼梯间内墙采用502厚胶粉聚苯颗粒保温。地面除卫生间200×200防滑地砖，楼梯间50厚细石砼1：1水泥砂浆压光外，其余均采用50厚豆石砼毛地面。楼梯间单元门采用楼宇对讲门，卧室门、卫生间门采用木门，进户门采用保温防盗门。本工程窗均采用塑钢单框双玻窗，开启窗均加纱扇。本工程设计为节能型住宅，外墙均贴保温板。本工程设计为砖混结构，共六层。基础采用C30钢筋砼条形基础，上砌MU30毛石基础，砂浆采用M10水泥砂浆。一、二、三、四层墙体采用M10混合砂浆砌筑MU15多孔砖；五层以上采用M7.5混合砂浆砌筑MU15多孔砖。本工程结构中使用主要材料：钢材：I级钢，II级钢；砼：基础垫层C10，基础底板、地圈梁、基础构造柱均采用C30，其余均C20。本工程设计给水管采用PPR塑料管，热熔连接；排水管采用UPVC硬聚氯乙烯管，粘接；给水管道安装除立管及安装IC卡水表的管段明设计外，其余均暗设。本工程设计采暖为钢制高频焊翅片管散热器。本工程设计照明电源采用BV－2.5铜芯线，插座电源等采用BV－4铜芯线；除客厅为吸顶灯外，其余均采用座灯。二、施工部署及进度计划1、工期安排本工程合同计划开工日期：2004年8月21日，竣工日期：2005年7月10日，合同工期315天。计划2004年9月15日前3完成基础工程，2004年12月30日完成主体结构工程，2005年6月20日完成装修工种，安装工程穿插进行，于2005年7月1日前完成。具体进度计划详见附图－1（施工进度计划）。2、施工顺序⑴基础工程工程定位线（验线）→挖坑→钎探（验坑）→砂砾垫层的施工→基础砼垫层→刷环保沥青→基础放线（预检）→砼条形基础→刷环保沥青→毛石基础的砌筑→构造柱砼→地圈梁→地沟→回填工。⑵结构工程结构定位放线（预检）→构造柱钢筋绑扎、定位（隐检）→砖墙砌筑（＋50cm线找平、预检）→柱梁、顶板支模（预检）→梁板钢筋绑扎（隐检、开盘申请）→砼浇筑→下一层结构定位放线→重复上述施工工序直至顶。⑶内装修工程门窗框安装→室内墙面抹灰→楼地面→门窗安装、油漆→五金安装、内部清理→通水通电、竣工。⑷外装修工程外装修工程遵循先上后下原则，屋面工程（包括烟道、透气孔、压顶、找平层）结束后，进行大面积装饰，塑钢门窗在装修中逐步插入。三、施工准备41、现场道路本工程北靠北京西路，南临规划道路，交通较为方便。场内道路采用级配砂石铺垫，压路机压。2、机械准备⑴设2台搅拌机，2台水泵。⑵现场设钢筋切断机1台，调直机1台，电焊