位置随动系统的超前校正设计讲解.docx

课 程 设 计 课 程 设 计 课程设计任务书 题 目: 位置随动系统的超前校正设计初始条件： 图示为一位置随动系统，测速发电机 TG与伺服电机 SM共轴，右边的电位器与负载共 轴。放大器增益为 Ka=40，电桥增益 K 5 , 测速电机增益 kt 0.25， Ra=6Ω，La=12mH， 2J=0.006kg.m ,Ce=Cm=0.3N m/A ,f=0.2 N m s ,i=10 。其中， J 为折算到电机轴上的转动惯量， f 为折算到电机轴上的粘性摩擦系数， i 为减速比。 2 要求完成的主要任务 : （包括课程设计工作量及其技术要求， 以及说明书撰写等具体要求） ） 求出系统各部分传递函数， 画出系统结构图、 信号流图，并求出闭环传递函数； ） 求出系统的截止频率、 相角裕度和幅值裕度， 并设计超前校正装置，使得系统的相角裕度增加 12 度； ） 用 Matlab 对校正前后的系统进行仿真分析，比较其时域响应曲线有何区别，并说明原因； （ 4） 对上述任务写出完整的课程设计说明书，说明书中必须写清楚分析计算的过 程，并包含 Matlab 源程序或 Simulink 仿真模型， 说明书的格式按照教务处标准书写。 时间安排： 任务 时间（天） 指导老师下达任务书，审题、查阅相关资料 2 分析、计算 2 编写程序 1 撰写报告 2 论文答辩 1 指导教师签名： 年 月 日 系主任（或责任教师）签名： 年 月 日 目录 目录 摘要 I 1 位置随动系统 1 1.1 位置随动系统原理 . 1 1.2 部分元件分析 . 2 1.2.1 自整角机 2 1.2.2 功率放大器 2 1.2.3 两相伺服电动机 3 1.2.4 直流测速电动机 3 1.2.5 减速器 4 1.3 各部分元件传递函数 . 4 1.4 位置随动系统的结构框图 . 5 1.5 位置随动系统的信号流图 . 5 1.6 对系统进行 Matlab 仿真 . 5 2 加入校正装置后的系统分析 8 2.1 超前校正的原理 . 8 2.2 超前校正的特性 . 8 2.3 计算超前网络的传递函数 . 9 2.4 对校正后的系统进行 Matlab 仿真 . 10 2.5 系统校正前后的比较 . 11 3 用 Matlab 对校正前后的系统进行时域分析 12 3.1 对校正前后系统的单位阶跃响应进行仿真 . 12 3.2 原因分析 . 错误！未定义书签。 4 总结体会 错误！未定义书签。 参考文献 13 本科生课程设计成绩评定表 14 摘要 摘要 I I 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。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。 在本次课程设计中，首先根据各个部件的物理化学特性求得其传递函数，然后得到系统的结构框图。根据结构框图画出对应的信号流图，从而得到系统的闭环传递函数。利用 MATLAB对系统进行频域的分析， 为了满足相角裕度增加 12 度的要求， 设计超前校正系统，得到校正后的系统的传递函数。利用 MATLAB对校正前后的传递函数进行时域的分析，并 比较它们的不同。 关键词：位置随动系统 超前校正 MATLAB频域分析 武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书 武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书 PAGE PAGE 10 位置随动系统的超前校正 位置随动系统 位置随动系统原理 随动控制系统又名伺服控制系统。其参考输入是变化规律未知的任意时间函数。随动 控制系统的任务是使被控量按同样规律变化并与输入信号的误差保持在规定范围内。这种 系统在军事上应用最为普遍，导弹发射架控制系统，雷达天线控制系统等，其特点是输入 为未知。伺服驱动系统（ Servo System）简称伺服系统，是一种以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统，例如数控机床等。使用在伺服系统中的驱动电机要求具有响应速 度快、定位准确、转动惯量较大等特点，这类专用的电机称为伺服电机。当然，其基本工 作原理和普通的交直流电机没有什么不同。该类电机的专用驱动单元称为伺服驱动单元， 有时简称为伺服，一般其内部包括电流、速度和 / 或位置闭环。如图 1-1 为位置随动系统的原理图。 图 1-1 位置随动系统原