海底隧道钻机控制系统
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
海底隧道钻机控制系统
该系统设计的目的是选择增益K，使系统对输入角度的 响应，并且使扰动引起的稳态误差较小。
该钻机控制系统采用了比例-微分（PD）控制。应用 梅森增益公式，可得在R(s)和N(s)作用下系统的输出为
K 11s 1 C (s) 2 R( s) 2 N (s) s 12 s K s 12 s K
感谢您的观看
2. 应用知识元要点： ● 结构图与信号流图； ● 控制与扰动作用下的闭环传递函数;（分母相同） ● 特征根与稳定性； ● 扰动作用下系统的稳态输出;（确定选择增益范围） ● 控制作用与扰动作用下MATLAB仿真；
3. 扩展与引伸 （1）PD控制方案的应用场合（输入端无高频噪声， 否则堵塞控制通道）； （2）应用MATLAB方法搜索K=20 时，微分时间Td （原为11，现设为变量）对系统稳态及动态性 能 的影响； （3）当K及Td可选择时，理论探讨最佳参数集（K ， Td ），并给出MATLAB仿真结果。
-
的扰动影响很小，但 系统阶跃响应的超调 C(t) 量偏大。
时间(s)
若取K=20，可得系统对单位阶跃输入与单位 阶跃扰动的响应曲线，如图所示。
此时系统 响应的超调量较 小，扰动影响不 大，其动态性能 可以满足工程要 求。
K=20时的单位阶跃下响应（蓝线） 及单位阶跃扰动响应(绿线)
由于该钻机控制系统为Ⅰ型系统，因此在单位 阶跃输入作用下的稳态误差 essr(∞)=0 当r(t)=0，n(t)=1(t)时，系统的误差信号
1 En ( s ) 0 C n ( s ) 2 N (s) s 12 s K
可得系统在单位阶跃扰动作用下的稳态误差
于是，当K分别取为100或20时，系统的稳 态误差分别为-0.01和-0.05。
1 essn () lim sEn ( s ) s 0 K
钻机控制系统在两种增益情况下的响应性能如表所Leabharlann Baidu。
可知，闭环系统特征方程为：
s 12s K 0
2
该系统显然是稳定的。为了减少扰动的影响， 希望增益K>0。 若取K=100， 令r(t)=1(t)且 n(t)=0，可得 C(t) 系统对单位阶 跃输入的响应， 如图所示；
时间(s)
令n(t)=1(t)且r(t)=0 ， 可得系统对单位阶跃 扰动的响应，如图所 由图可见，负载产生 示。
增益 单位阶跃 单位阶跃输 单位阶跃 单位阶跃 K 输入下超 入下调节时 输入下稳 扰动下稳 调量 间（Δ=2%） 态误差 态误差
100
20
表
22%
3.86%
0.66s
0.91s
0
0
-0.01
-0.05
钻机控制系统在两种增益情况下的响应性能
由表3-6可见，应取K=20。
海底隧道钻机控制系统设计小结： 1. 工程背景及设计要求；
该系统设计的目的是选择增益K，使系统对输入角度的 响应，并且使扰动引起的稳态误差较小。
该钻机控制系统采用了比例-微分（PD）控制。应用 梅森增益公式，可得在R(s)和N(s)作用下系统的输出为
K 11s 1 C (s) 2 R( s) 2 N (s) s 12 s K s 12 s K
感谢您的观看
2. 应用知识元要点： ● 结构图与信号流图； ● 控制与扰动作用下的闭环传递函数;（分母相同） ● 特征根与稳定性； ● 扰动作用下系统的稳态输出;（确定选择增益范围） ● 控制作用与扰动作用下MATLAB仿真；
3. 扩展与引伸 （1）PD控制方案的应用场合（输入端无高频噪声， 否则堵塞控制通道）； （2）应用MATLAB方法搜索K=20 时，微分时间Td （原为11，现设为变量）对系统稳态及动态性 能 的影响； （3）当K及Td可选择时，理论探讨最佳参数集（K ， Td ），并给出MATLAB仿真结果。
-
的扰动影响很小，但 系统阶跃响应的超调 C(t) 量偏大。
时间(s)
若取K=20，可得系统对单位阶跃输入与单位 阶跃扰动的响应曲线，如图所示。
此时系统 响应的超调量较 小，扰动影响不 大，其动态性能 可以满足工程要 求。
K=20时的单位阶跃下响应（蓝线） 及单位阶跃扰动响应(绿线)
由于该钻机控制系统为Ⅰ型系统，因此在单位 阶跃输入作用下的稳态误差 essr(∞)=0 当r(t)=0，n(t)=1(t)时，系统的误差信号
1 En ( s ) 0 C n ( s ) 2 N (s) s 12 s K
可得系统在单位阶跃扰动作用下的稳态误差
于是，当K分别取为100或20时，系统的稳 态误差分别为-0.01和-0.05。
1 essn () lim sEn ( s ) s 0 K
钻机控制系统在两种增益情况下的响应性能如表所Leabharlann Baidu。
可知，闭环系统特征方程为：
s 12s K 0
2
该系统显然是稳定的。为了减少扰动的影响， 希望增益K>0。 若取K=100， 令r(t)=1(t)且 n(t)=0，可得 C(t) 系统对单位阶 跃输入的响应， 如图所示；
时间(s)
令n(t)=1(t)且r(t)=0 ， 可得系统对单位阶跃 扰动的响应，如图所 由图可见，负载产生 示。
增益 单位阶跃 单位阶跃输 单位阶跃 单位阶跃 K 输入下超 入下调节时 输入下稳 扰动下稳 调量 间（Δ=2%） 态误差 态误差
100
20
表
22%
3.86%
0.66s
0.91s
0
0
-0.01
-0.05
钻机控制系统在两种增益情况下的响应性能
由表3-6可见，应取K=20。
海底隧道钻机控制系统设计小结： 1. 工程背景及设计要求；