位置随动系统的分析与设计自动控制原理课程设计627036讲课教案Word格式.docx

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设定：

输入为r（t）=a+bt（其中：

a=10，b=5）

在保证静态指标（ess≤0.3）的前提下，

要求动态期望指标：

σ 

p﹪≤15﹪；

ts≤5sec；

5、基本要求：

1.建立系统数学模型——传递函数；

2.利用根轨迹方法分析系统：

（1）作原系统的根轨迹草图；

（2）分析原系统的性能，当原系统的性能不满足设计要求时，则进行系统校正。

3.利用根轨迹方法综合系统：

（1）画出串联校正结构图，分析并选择串联校正的类型（微分、积分和微分-积分校正）；

（2）确定校正装置传递函数的参数；

（3）画出校正后的系统的根轨迹图，并校验系统性能；

若不满足，则重新确定校正装置的参数。

4.完成系统综合前后的有源物理模拟电路；

6、课程设计报告：

1、课程设计计算说明书一份；

2、原系统组成结构原理图一张（自绘）；

3、系统分析，综合用根轨迹图一张；

4、系统综合前后的模拟图各一张；

5、总结（包括课程设计过程中的学习体会与收获、对本次课程设计的认识等内容）；

6、提供参考资料及文献；

7、排版格式完整、报告语句通顺、封面装帧成册

摘要

随动系统是指系统的输出以一定的精度和速度跟踪输入的自动控制系统，并且输入量是随机的，不可预知的。

在很多情况下，随动系统特制被控量是机械位移的比还控制系统。

控制技术的发展，使随动系统得到了广泛的应用。

位置随动系统是反馈控制系统，是闭环控制，调速系统的给定量是恒值，希望输出量能稳定，因此系统的抗干扰能力往往显得十分重要。

而位置随动系统中的位置指令是经常变化的，要求输出量准确跟随给定量的变化，输出响应的快速性、灵活性和准确性成了位置随动系统的主要特征。

简言之，调速系统的动态指标以抗干扰性能为主，随动系统的动态指标以跟随性能为主。

在控制系统的分析和设计中，首先要建立系统的数学模型。

控制系统的数学模型是描述系统内部物理量（或变量）之间关系的数学表达式。

在自动控制理论中，数学模型有多种形式。

时域中常用的数学模型有微分方程、差分方程和状态方程；

复数域中有传递函数、结构图；

频域中有频率特。

本次课程设计研究的是位置随动系统的滞后校正，并对其进行分析。

关键字：

随动系统性能分析

digest

Servosystemistopointtotheoutputofthesystemwithacertaintheprecisionandspeedoftrackinginputoftheautomaticcontrolsystem,andistheinputofrandom,unpredictable.Inmanycases,servosystemspecialwaschargedwithvolumeismechanicaldisplacementcontrolsystemthanalso.Controlthedevelopmentoftechnology,makeservosystemshavebeenwidelyused.

Positionservosystemisfeedbackcontrolsystem,istheclosed-loopcontrolandspeedregulationsystemforthequantitativevalueisconstant,wanttooutputquantitycanstable,sotheanti-interferenceabilityofthesystemoftenbecomeveryimportant.Andwiththepositionofthepositionservosysteminstructionsareoftenchanges,requirementoutputaccuratequantitativechangetofollow,theresponseoftheoutput,flexibilityandaccuracypositionservosystembecamethemainfeatures.Inshort,speedregulationsystemindynamicindextoanti-jammingperformanceisgivenpriorityto,servosystemdynamicindextofollowperformanceprimarily.

Inthecontrolsystemoftheanalysisanddesign,thefirsttoestablishthemathematicalmodelofthesystem.Themathematicalmodelofthecontrolsystemistodescribethesysteminternalparameters（orvariables）oftherelationshipbetweenthemathematicalexpressions.Inautomaticcontroltheory,themathematicalmodelhasavarietyofforms.Commonlyusedintimedomainofmathematicalmodeloftheordinarydifferentialequations,differenceequationandstateequation;

Pluraldomaintransferfunction,structurehave;

Afrequencycharacteristicsinthefrequencydomain.

Thiscourseofstudyisdesignedwiththepositionofthelagofactuatorsystemcalibration,andcarriesontheanalysis.

Keywords:

servosystemperformanceanalysis

1、系统说明

1.1系统原理……………………………………………………………6

1.2各环节性能、功能性说明…………………………………………7

1.3设计指标……………………………………………………………9

2、系统建模

2.1位置随动系统的结构框图…………………………………………9

2.2位置随动系统的信号流图…………………………………………9

2.3系统开环及其闭环传递函数的计算………………………………10

3、系统分析

3.1原系统的根轨迹图………………………………………………11

4、系统综合

4.1利用期望值绘制bode图…………………………………………12

4.2设计校正规律和校正装置…………………………………………13

五、系统物理模拟图…………………………………………………16

六、设计小结…………………………………………………………17

参考文献………………………………………………………………19

1、系统说明（概述）

1.1设计目的:

（1）掌握自动控制原理课程中所学的理论知识；

（2）掌握反馈系统的基本理论和方法，对工程实际系统进行全面分析和综合；

（3）掌握控制系统的设计和校正方法；

（5）提高分析问题和解决问题的能力。

1.2系统原理（简介）

1.2.1位置随动系统的基本原理图如下图1-1所示：

u

BSTBSR

n

图1-1位置随动系统的原理图减速器

1.2.2位置随动系统工作原理：

位置随动系统通常由测量元件、放大元件、伺服电动机、测速发电机、齿轮系及绳轮等基本环节组成，它通常采用负反馈控制理论进行工作，其原理如图1-1所示。

在图1-1中，测速元件作为电路器

和

组成的桥式测量电路。

负载就固定在电位器

的滑臂上，因此电位器

的输出电压

和输出位移成正比。

当输入位移变化时，在电桥的两端得到偏差电压

，经放大器放大后驱动伺服电机，并通过齿轮系带动负载转动，使偏差减小。

当偏差

时，电动机停止转动，负载停止移动。

此时

表明输出位移与输入位移相对应。

测速发电机反馈与电动机速度成正比，用以增加阻尼，改善系统。

1.3各环节的性能、功能特性说明

1.3.1自整角机：

作为常用的位置检测装置，将角位移或者直线位移转换成模拟电压信号的幅值或相位。

自整角机作为角位移传感器，在位置随动系统中是成对使用的。

与指令轴相连的是发送机，与系统输出轴相连的是接收机。

=

（1-1）

这里

-

。

在零初始条件下，对上式求拉普拉斯变换，课求得电位器的传递函数。

则其传递函数如下式所示:

（1-2）

图1-2自整角机

1.3.2功率放大器：

由于运算放大器具有输入阻抗很大，输出阻抗小的特点，在工程上被广泛用来作信号放大器，其输出电压与输入电压成正比，传递函数为：

/

（1-3）

式中参数

为输出电压，

为输入电压，

为放大倍数。

功率放大器结构图可用图1.3表示：

图1.3功率放大器

1.3.3两相伺服电动机：

列出其工作方程如下：

（1-4）

根据（1-4）对两边进行拉普拉斯变换，可以求得其传递函数：

/（

+1）S（1-5）

因此可以得到伺服电机的结构图如下：

图1-4两相伺服电机

1.3.4测速发电机：

测速发电机的输出电压

与其转速

成正比，即有：

（1-6）

于是可得测速发电机的微分方程：

（1-7）

经过拉普拉斯变换，可得传递函数：

（1-8）

测速发电机结构图如图1-5：

图1-5直流测速电动机

1.3.5减速器:

=i

（1-9）

拉普拉斯变换为:

（1-10）

传递函数为：

（1-11）

式中i为减速比。

由此可得到系统方框图如下图1-6所示：

图1-6减速器

1.4设计基本要求

（1）要求输出等于给定