Регулятор двигателя NXT. Лабораторная работа №3

1. Лабораторная работа №3:

Регулятор двигателя NXT
2023 г.

2. Модель двигателя NXT с регулятором

km
M oth
I
J
J
L I k R I U
e
U K
*
*
U
*- желаемое положение выходного вала двигателя NXT
- текущее положение выходного вала двигателя NXT
M oth
km
I
,
J
J
L I k R I K
e
I
I
M el
rot
rot
*
rot
2

3. Оценка параметров динамической системы

max *
100%
*
max *
*
100 %
tp
3

4. Задание 1 к лабораторной работе

1. Постройте модель двигателя NXT с регулятором положения выходного вала в Scilab:Xcos. У
модели настройте следующие характеристики: период измерения выходных параметров – 1е4 сек; интервал моделирования – 10 сек; правильно установите размерность массива
регистрируемых данных.
2. Выполните моделирование процесса установления выходного вала двигателя в заданное
положение: theta* = 3/2*pi, с коэффициентом обратной связи K=5. Постройте графики
зависимости силы тока, угловой скорости ротора и угла поворота выходного вала двигателя от
времени. Графики поместите в отчет по лабораторной работе.
3. В Scilab:SciNote разработайте сценарий для определения оптимального значения
коэффициента обратной связи регулятора при условии, что перерегулирование двигателя не
должно превышать 3%, а отклонение установившегося положения вала двигателя от
заданного не должно превышать 1%. Возьмите интервал изменения коэффициента обратной
связи K от 1 до 100 и разбейте его на 20 отрезков. Определите для каждого коэффициента
обратной связи время переходного процесса – t_p. Постройте зависимость t_p(K) и поместите
в отчет по лабораторной работе. На основе полученной зависимости найдите интервал K,
центр которого будет находится примерно около минимуму функции t_p(K), а размер
интервала будет на порядок меньше начального. Разбейте его 20-ю точками на равные
отрезки, и уточните оптимальную величину K с помощью повторного моделирования.
Постройте зависимость t_p(K) для второго приближения и поместите в отчет по лабораторной
работе.
4. Разработайте на языке Python программу, копирующую работу Xcos-модели и для
оптимального значения коэффициента обратной связи постройте зависимости от времени
всех выходных параметров двигателя, определяемых в Xcos-модели. С помощью Scilab:Xcos
постройте графики выходных параметров двигателя NXT с оптимальным коэффициентом
регулятора и сравните с результатами, полученными с помощью Python-программы. Графики
обеих реализаций поместите в отчет по лабораторной работе.
4

5. Задание 2 к лабораторной работе

1. Постройте модель двигателя NXT с регулятором угловой скорости вращения
выходного вала и реализуйте ее в Scilab:Xcos.
2. Разработайте сценарий Scilab:SciNote по поиску оптимального коэффициента
обратной связи для регулятора угловой скорости двигателя NXT.
3. Найдите оптимальный коэффициент обратной связи с учетом того, что
перерегулирование динамической системы не должно превышать 0,5%, а 0.01 .
Желаемое значение угловой скорости возьмите произвольно и зафиксируйте его в
отчете по лабораторной работе.
4. В среде BricxCC разработайте программу регулятора угловой скорости вращения
выходного вала двигателя NXT, используя оптимальный коэффициент обратной
связи, и с ее помощью зарегистрируйте показания энкодера двигателя на
интервале от 0 до 10 секунд после старта двигателя.
5. В среде Scilab:SciNote создайте сценарий расчета угловой скорости вала
двигателя по показаниям энкодера и сравните с данными моделирования.
Графики приведите в отчете по лабораторной работе.
6. На языке Python разработайте программу моделирования двигателя NXT с
регулятором угловой скорости. Для оптимального коэффициента обратной связи,
найденного Вами ранее, постройте зависимость от времени всех выходных
параметров двигателя NXT, и сравните их с аналогичными зависимостями
полученными в Scilab:Xcos. Графики приведите в отчете по лабораторной работе.
5