前言現代化社會中自動控制理論應用於各行各業，在機械手這一裝置上，這一理論顯得尤為重要。機械手廣泛應用於各種工業生產，對於提高生產效率和準確度有著極為重要的意義，特別是勞動力成本越來越高而且越來越多的環境不適宜人的操作，機械手的發展是十分必要的。當下機械手控制非常熱門，並且將在未來很長一段時間內在人們社會生活的各個角落都有可能用到，為此我們學校安排我們進行了為期一周的自動控制實習—機械手鉗杯控制。
其基本原理是利用乙個微控制器控制執行電機的轉動，從而帶動機械臂的移動，使其能夠快速夾緊杯子而又不至於夾碎。我們的實習工作就是針對機械臂的加速減速以及微調的控制系統進行數學建模，運用經典控制理論知識設計控制器，並運用matlab進行**分析。首先，此次課程設計的目的是針對具休的設計物件，物件引數進行數學建模，運用經典控制理論知識設計控制器，並運用matlab進行**分析。
通過本課程設計，建立理論知識與褓物件之間的聯絡，加深和鞏固所學的控制理論知識，增加工程實踐能力。其次，我們在正式實習之前已將準備工作做好，安裝好matlab軟體以及熟練掌握了常用的幾種系統校正方法，如串聯超前滯後，根軌跡校正，pd,pid等的校正。最後根據我們小組的討論以及對實習中專案的要求，我們分別做了根軌跡校正和pid校正，以作對比，最後經simulink**之後發現pid對該系統的控制校正效果更好。
摘要機械手的執行必須快速、準確、穩定，這樣才能符合生產的要求。在原來基礎的系統模型基礎上，應用根軌跡校正或pid校正分別對系統的響應速度以及穩定性能進行調節，利用matlab和simiulink進行**設計，達到預期的目標。
關鍵字： 系統校正自動控制模擬**
機構圖形如下：
機構引數：
克服摩擦力矩
電壓變電流放大倍數
電流變力矩放大倍數
感測器變換係數
所夾容器的最大直徑
彈性襯墊的壓縮量為（5mm~8mm) 時可壓緊容器又不至於損壞容器，期望壓縮量為6mm
最終效能要求：，，精度
三問題理論分析：
1、控制過程分析：
系統運動分為三個階段：
（1）加速階段，初始位置為夾鉗最大開度0.2m，加速時間為0.5s，加速位移為0.1m。
（2）減速階段，起始時為夾鉗接觸玻璃容器開始，減速最大行程為5mm，以上兩個階段採用開環控制，以提高響應速度。
（3）夾緊階段，減速階段完成後，這時感測器開始有輸出，起始位置為減速結束的位置。
2、控制系統模型分析：
前兩個階段用開環控制，先求系統傳遞函式，根據電動機輸出轉矩與電動機轉子角速度之間的關係有：
其中：j 為轉動慣量；
為電動機轉子角速度
電動機輸出電磁轉矩
摩擦轉矩
r電機驅動輪半徑
又因為：；為轉子角位移
則： 以及：y=
對以上兩式去拉氏變換
可以得到
代入資料可得：
加速度方案一：第三個階段為調整階段，通過感測器組成閉環系統，由於之前的系統只有兩個存在於原點的極點系統並不穩定。其根軌跡圖如下：
由此可知需要對系統增加乙個開環零點系統可能穩定。現增加乙個零點
得到如下的跟軌跡曲線從中取乙個點在該處的極點和增益：
現在採用超前校正來進行系統設計，由感測器引數可得，原系統的傳遞函式為。
方案二：採用超前校正對系統進行補償，可以使系統穩定，現在進行引數計算。
第一階段加速階段：由
取,=0.5s
得： , ,=0.4m/s ,
由可以知道加速階段的輸入電壓；
第二階段減速階段：
由 取，
得，，由可知減速階段的輸入電壓；
第三階段串聯超前校正：
給定乙個預期的目標，輸入的電壓；
採用跟軌跡校正：
第一步，確定期望主導極點位置：
由題目給出的超調量不超過15%，即得
取，由可得 選擇期望主導極點為：
取=0.6 =4.5
第二步，確定超前網路的零點：
為了方便角度的計算現在選擇超前網路的零點直接位於期望主導極點的下方，取
第三步，確定超前網路的極點：
為了讓期望的主導極點位於校正後根軌跡上，超前網路的極點應產生乙個相角，使得在期望的主導極點處滿足根軌跡的相角條件，即
於是在s平面上，通過期望主導極點做一條直線，使其與實軸正方向的夾角為，則該直線與實軸的交點s=-15.25就是超前網路的極點，-p=-15.25.
跟軌跡曲線必須滿足幅值條件，對增益進行調整取k=0.0007。
經過校驗，畫出bode圖和系統響應曲線後滿足條件
4、已設計好的系統的效能指標：
四整個控制系統的simulink**結構圖：
五系統響應曲線：
六系統開環控制的bode圖：
上述方案的效果並不理想振盪比較大可能使杯子破裂，先採取pid校正，pid校正可以很好的較快系統的響應並且增強系統的穩定性。
方案三：
同方案二的第一步和第二步可以得到系統加速階段的輸入電壓和減速階段的輸入電壓以及預期位置的調節電壓。
根據第二個方案取wn和分別為6.2和0.6.對系統的閉環系統進行降解取兩個主導極點，得到二階系統對應求得
建立如下的**模型
響應曲線如下：
系統的伯德圖如下：
七實習心得：
經過一周的實習，我們對matlab軟體從一開始的一無所知，到現在的初步了解，並能夠運用simulink來**方塊結構圖了。在實習之前，經過老師上課時的講解，對於自控系統的校正，其實還處於乙個套用階段，感覺該這麼做就這麼做，也不是很清楚原因。實驗時我們一開始用超前相位校正，算出的各項係數都特別的小，進行**時發現結果偏差特別大；於是我們開始嘗試用根軌跡校正，通過計算得出所需的控制系統傳遞函式，但發現穩定的結果不滿足要求。
通過調整增益，以使幅值能夠滿足要求，並通過調整控制系統零點位置，調節調整時間，使其滿足要求。但聽老師說根軌跡校正不如pd和pid校正，於是後來我們又嘗試了另外兩種方法。通過比較發現pid校正效果最好。
當然在實習過程中也遇到了很多不懂得問題，要不斷翻書查閱，而且理論有時候很繁瑣，理論計算的數值大部分時候不能符合我們的要求，但我們發現有時只要估計一下大概範圍，然後用matlab去嘗試幾次，即方便簡單，又能節省時間。
這次實習讓我們收穫很大，使我們對這幾種校正都有了一定的了解，初步學會了matlab軟體的使用，懂得了怎樣把理論與實際相結合。在實習中發現實踐真的很重要，它可以使我們在理論的基礎上理解更深的一層！所以在以後的學習中，我們要更加努力的學習理論知識，同時注意與實際應用相結合，並進一步學習使用matlab軟體。
最後感謝老師對我們的講解和幫助。
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