自动控制课程设计之位置随动系统Word格式文档下载.docx

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最后为系统设计出了相应的模拟电路，并借助THBCC-2软件作了验证。

一般来说，随动控制系统要求有好的跟随性能。

位置随动系统是非常典型的随动系统，是个位置闭环反馈系统，系统中具有位置给定，位置检测和位置反馈环节，这种系统的各种参数都是连续变化的模拟量，其位置检测可用电位器，自整角机，旋转变压器，感应同步器等。

位置随动系统中的给只给定量是经常变动的，是一个随即量,并要求输出量准确跟随给定量的变化，输出响应具有快速性，灵活性和准确性。

为了保证系统的稳定性，并具有良好的动态性能，必须设有校正装置，如在正向通道中设置串联校正装并联校正装置等，为了提高位置随动系统的控制精度，还需要增加系统的开环放大倍数或在系统中增加积分环节等。

关键词：

时域分析，频域分析，串联校正，模拟电路。

Abstract

Thechaptercalculatedanddesignedapresetsquareframe’sdiagram,forwhichcontrolsystemofsomedirect-current’sfollow-uppositionis,wegotsystem’snormofdynamicfunctionandsteadystateerror,andanalyzedit’ssteadymarginandphaseanglemargininfrequencydomain.WithaaidofMATLABwecalculatedit’sNyquistdiagramandBodediagram,whichishelpfultoanalyzesystem’sstabilityfunction,thenafterdesigningaseriescorrectionforsystem,madeitgettheexpecttechnologicalnorm,AtlastwedesignedtheanalogcircuitforthesystemandcheckeditwithaaidofTHBCC-2software.

Generallyspeaking,theservocontrolsystemhasgoodperformancewithrequirements.Positionservosystemisverytypicaloftheservosystem,apositionclose-loopfeedbacksystem,systemhasgiventhepositiondetectionandlocation,thesystemoffeedbackvariousparametersarecontinuouschangeitspositiondetectionanalog,usablepotentiometer,resolvers,inductosyn.etc,Thepositionservosystemisoftenonlytoquantitativechange,isarandomoutput,andrequirementsforquantitativechangewithaccurateandoutputresponsespeedandflexibilityandaccuracy.Inordertoensurethestabilityofthesystem,andhasgooddynamicperformance,musthavecorrectiondevice,suchasinthepositivechannelsetseriescorrectioncalibrationdeviceinstalledinparallel,inordertoimprovethepositionservocontrolprecisionofthesystem,butalsoneedtoincreasetheopen-loopsystemmagnificationincreaseorinthesystemintegrator,etc.

KeyWords:

imeDomainAnalysis，FrequencyDomainAnalysis，SeriesCorrection，AnalogCircuit.

《自动控制原理》课程设计（简明）任务书

引言：

《自动控制原理》课程设计是该课程的一个重要教学环节，既有别于毕业设计，更不同于课堂教学。

它主要是培养学生统筹运用自动控制原理课程中所学的理论知识，掌握反馈控制系统的基本理论和基本方法，对工程实际系统进行完整的全面分析和综合。

一．设计题目：

二．系统说明：

该系统结构如下图所示

其中：

放大器增益为Ka=15，电桥增益,测速电机增益，Ra=7Ω,La=10mH,J=0.005kg.m/s2,JL=0.03kg.m/s2,fL=0.08,Ce=1,Cm=3,f=0.1,Kb＝0.2,i=0.02

三．系统参量

系统输入信号：

系统输出信号：

四．设计指标

1.在单位斜坡信号x（t）=t作用下，系统的稳态误差；

2.开环截止频率；

3.相位裕度；

五．基本要求：

1.建立系统数学模型——传递函数；

2.利用频率特性法分析系统：

（1）根据要求的稳态品质指标，求系统的开环增益值；

（2）根据求得的值，画出校正前系统的Bode图，并计算出幅值穿越频率、相位裕量,以检验性能指标是否满足要求。

若不满足要求，则进行系统校正。

3.利用频域特性法综合系统：

（1）画出串联校正结构图，分析并选择串联校正的类型（超前、滞后和滞后-超前校正）；

（2）确定校正装置传递函数的参数；

（3）画出校正后的系统的Bode图，并校验系统性能指标。

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：

六、课程设计报告：

1.报告内容（包括课程设计的主要内容、基本原理以及课程设计过程中参数的计算过程和分析过程）；

（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，综合用精确Bode图各一张；

（4）系统综合前后的模拟图各一张。

2.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）；

3.提供参考资料及文献；

4.排版格式完整、报告语句通顺、封面装帧成册。

一、系统说明（概述）

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）掌握反馈系统的基本理论和方法，对工程实际系统进

全面分析和综合。

（4）掌握控制系统的设计和校正方法。

（5）掌握利用matlab对控制理论进行分析，研究和仿真

技能。

（6）提高分析问题和解决问题的能力。

2.系统原理（简介）

（1）位置随动系统原理框图

图2.1位置随动系统原理框图

工作原理：

用一对电位器作为位置检测元件，并形成比较电路。

两个电位器分别将系统的输入和输出位置信号转换成于志成比例的电压信号，并作出比较。

当发送电位器的转角和接受电位器的转角相等时，对应的电压亦相等。

因而电动机处于静止状态。

假设是发送电位器的转角按逆时针方向增加一个角度，而接受电位器没有同时旋转这样一个角度，则两者之间将产生角度偏差△θ。

相应地，产生一个偏差电压，经放大器放大后得到u，供给直流电动机，使其带动负载和接受电位器的动笔一起旋转，直到两角度相等为止，即完成反馈。

3.各环节的性能、功能特性说明

（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。

（2）功率放大器：

用作将自整角机测角电路输出的角差电动势整流成直流信号，该信号不仅反映角差的大小，而且要反映角差的极性。

（3）两相伺服电动机：

用作对控制信号进行功率放大，以便驱动执行机构，实现控制系统的正反转控制。

（4）直流测速电动机：

是随动系统执行机构的主要组成部分，对系统精度和快速性影响较大，要求伺服电动机转动惯量小，过载转矩大以提高系统的快速性。

（5）减速器：

测速发电机是用于测量角速度并将它转换成电压量的装置。

控制系统中常用的有直流和交流测速发电机。

4.各部分元件传递函数

……………………………………

（1）

………………………………

（2）

………………………………（3）

…………………………（4）

其中是电动机机电时间常数;

是电动机传递系数

……………………………………（5）

5.设计基本要求

（1）建立系统数学模型——传递函数；

（2）利用频率特性法分析系统：

a.根据要求的稳态品质指标，求系统的开环增益值；

b.根据求得的值，画出校正前系统的Bode图，并计算出幅值穿越频率、相位裕量,以检验性能指标是否满足要求。

（3）利用频域特性法综合系统：

a.画出串联校正结构图，分析并选择串联校正的类型（超前、滞后和滞后-超前校正）；

b.确定校正装置传递函数的参数；

c.画出校正后的系统的Bode图，并校验系统性能指标。

（4）完成系统综合前后的有源物理模拟电路：

6.设计指标

（1）在单位斜坡信号x（t）=t作用下，系统的稳态误差；

（2）开环截止频率；

（3）相位裕度；

二、系统建模

1.各个环节模型

（1）环节结构图及传递函数

a.自整角机：

在零初始条件下，拉式变换为

b.功率放大器：

c.两相伺服电动机：

在零初始条件下，拉式变换为

d.直流测速电动机：

在零初始条件下，拉式变换为

e.减速器：

2.系统模型：

系统的框图结构

系统结构框图

3.简化框图

（1）化简为单位负反馈结构框图如下：

（2）系统的开环传递函数

开环传递函数：

三、系统分析及综合设计

1.原系统频域特性曲线

由开环传递函数

利用m