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  设计题目
成功激励人生,创新点亮梦想。
 
继2010年“贝加莱学界联盟与世博同行”控制系统大赛之后,我们继续延续创新思路,推出“多质量弹性扭转系统的控制方案设计大赛”。

设计题目:多质量弹性扭转系统的控制方案设计
 
一、系统描述:分为机械和电气两部分。
     1、机械部分:如图1所示。
图1:多质量弹性扭矩装置机械装置标识
          三块大小不一的圆柱形质量体(见图1红圈处)分别通过中心轴固定在U型底座(如图1黑色底座)上,保证其中心轴线在一条水平线上。质量体从左数起:第一块和第二块、第二块和第三块之间通过具有一定柔性的弹簧连接(弹簧的柔性和弹性要足以带动轴和质量体的运动)。第一块质量体的左端直接与直流电机(经过减速箱)连接,电机转动则可以驱动三块质量体转动。
2、电气部分:由PLC、电机和编码器组成,如图2所示。
图2:多质量弹性扭矩装置电气设备标识
其中编码器共有两个,一个位于电机左端,用于测量电机位置;一个位于第三块质量体右端,用于测量第三块质量体的位置。由于电机和第一块质量体之间可认为是刚性连接,所以电机侧编码器所测量的位置值也可认为是第一块质量体的位置。 
PLC 部分使用了以下模块:
       1) 使用X20系列标准型CPU作为PLC系统的控制器;
       2) 使用X20系列的直流电机模块MM2436来控制直流电机的转速;
                电机模块控制直流电机采用了PWM方式(见注1)。
       3) 使用X20系列的编码器模块X20DC1976 / X20DC1196接收来两个编码器的反馈信息,用于获得电机位置和第三块质量体的位置。
*注1:
PWM使用PWM的控制方式可以将模拟量信号转化为开关量信号,通过调节占空比调节输出给直流电机的电压。原理如下图所示:
                   
       例如:为了能对直流电机输出12V电压,我们可以在很小的一段时间内,1/2时间给直流电机供24V电,1/2时间不供电,则对整段时间来说平均电压即为12V。
我们将这个“一段时间”设定为一个周期t_period,输出24V时间为t_on,输出0时间为t_off。上图中的红线则表示在t_period时间内的有效输出。
      定义占空比为:t_on / t_period;
                           t_period = t_on + t_off;
调节占空比则可调节一个周期内的有效输出,即直流电机工作电压。电机模块MM2436的工作原理就是根据指定的占空比来输出相应的电压。
 
二、题目描述:
       被控对象如上所述。现需要各参赛队设计一套控制方案用以控制第三块质量体的速度。即:通过控制电机使第三块质量体能够以最快的加速度达到指定的速度匀速转动,并使匀速时的速度误差尽可能小。
                      
图3:多质量弹性扭矩系统对象
三、设计要求:
     1、设计控制算法,并使用MATLAB/Simulink进行仿真测试
     2、使用AS创建PLC项目,实现所设计的控制方案(三、1中的Simulink仿真模型可自动生成AS代码),并下载到硬件进行调试;
     3、提交一篇论文,应包含具体的系统分析和控制方案实现方法及原理、以及最终的控制结果。

       
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