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1、 题 目: 一类位置随动系统的测速反馈控制 初始条件：图示为一位置随动系统，放大器增益为Ka=50，电桥增益,电桥增益,测速电机增益V.s，Ra=7.5，La=14.25mH，J=0.007kg.m2，Ce=Cm=0.3N.m/A,f=0.2N.m.s,减速比i=0.1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）1、 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；2、 求出开环系统的截至频率、相角裕度和幅值裕度；3、 绘制Bode图和Nyquist图4、 设计测试反馈控制使得其阻尼比为0.755、 用Matlab绘制校正前后系统的单
2、位阶跃反馈曲线6、 用Matlab对校正前后的系统进行仿真分析，比较其时域相应曲线有何区别，并说明原因。时间安排： 任务时间（天）审题、查阅相关资料1分析、计算1.5编写程序1撰写报告1论文答辩0.5指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日摘要随动系统是指系统的输出以一定的精度和速度跟输入的自动控制系统，并且输入量是随机的，不可预知的，主要解决有一定精度的位置跟随问题，如数控机床的刀具给进和工作台的定位控制，工业机器人的工作动作，导弹制导，火炮瞄准等。控制技术的发展使得随动系统得到了广泛的应用。 位置随动系统是反馈系统调速系统的给定量是恒值，希望输出量能恒定。因此系统的
3、抗干扰能力显得十分重要。儿随动系统中的指令时经常变化的 ，要求输出量准确跟随给定量的变化，输出响应快，准确性成了位置随动系统的主要特性。13本次课程设计是一类随动系统的测速反馈控制。一类位置随动系统的测速反馈1.位置随动系统原理1.1 位置随动系统原理图图1-1随动系统示意图 该系统为一自整角机位置随动系统，用一对相同的电位器组成的误差检测器，并形成比较电路。发送自整角机的转子与给定轴相连：接收自整角机的转子与负载轴相连。TX与TR组成角差测量线路，若发送自整角机离开平衡位置装过角度r，则在接收自整角机感应出一个偏差电压Uc，它是一个振幅为Uem，频率与发送自整角机的交流调制电压频率相同。即U
4、e=Uemsinwt，正比于r-c。所以Ue=Ker-csinwt。形成的偏振电压经过放大在交流伺服电机两端带动接收自整角机旋转，实现r=c，以达到跟随的目的，为了使系统转速恒定，引入了测速反馈。可知r是输入，c是输出。1.2模块的数学模型建立 1.2.1自整角机 自整角机是角位移或直线位移转换为模拟电压信号的幅值或相位。自整角机常作为角位移传感器被广泛使用。 在零初始条件下，拉斯变换为 1.2.2功率放大器运算放大器具有输入阻抗大，输出阻抗小的特点。在一定范围内其输出电压与输入电压成正比 在零初始条件下，拉氏变换为1.2.3 两相伺服电机两相伺服电机具有重量轻惯性小加速性好的优点 电机传递函
5、数 1.2.4 直流测速电机测速电机的输出电压与转速成正比，有 于是得到测速电机的微分方程 在零初始条件下，拉普拉斯变换 1.2.5 减速器 减速装置的表达式 1.2.6系统各部分传递函数1 电桥 2.交流放大器 3.两相伺服电机 式中 电机时间常数 电机传递系数4.直流测速发电机 5.减速器 1.2.7系统结构图u 图1-2系统结构图1.2.8 信号流图1 图1-3系统信号流图1.3 matlab求得传递函数1.3.1传递函数利用matlab带入参数可以求出开环传递函数为 闭环传递函数 相角裕度为 = 46.9幅值裕度 截止频率 1.3.2 Bode图 1.确定积分和微分环节个数 1个 2.
6、确定传递函数的结构形式 确定截止频率转折频率 3.确定转折点4画渐近线5.画相频曲线 图1-4矫正前Bode图1.3.3 Nyquist图图1-5矫正前Nyquist图2.设计测速反馈2.1系统矫正要求随动系统的阻尼比变为0.75，二阶系统的闭环系统的标准形式 式中 求得 矫正后的开环传递函数 校正后的闭环传递函数 2.2 阶跃反馈曲线 图2-1校正前后的阶跃曲线比较3 malab仿真分析3.1 matlab仿真图 图3-1 矫正前matlab仿真图 图3-2 校正前的时域曲线图3-3 校正后的仿真图图3-4校正后的时域曲线3.2 时域矫正前后分析校正前 理论计算 阻尼比 超调量 调节时间 实
7、验数据超调量 调节时间 校正后 理论计算超调量 调节时间 由以上分析可知:改变测速电机的参数，可以改变系统的调节性能，在本实验中通过增大测速电机的传递增益,使得调节时间和超调量减小。总结与体会本次课程设计主要分为两个部分：随动系统的建模以及传递函数的分析矫正。 在随动系统的建模部分，我刚开始感到比较困难，因为以前只是分析传递函数不必建模，对于这次设计中出现的某些设备符号还很陌生，后来通过课本和网上相关资料我渐渐熟悉了建模的步骤并成功的建立了随动系统的数学模型，求得了传递函数。 在传递函数分析矫正上，由于这个题目是二阶系统，比较简单。比较轻松的做完了第二部分 通过本次课程设计，我学到了简单系统的
8、建模方法，matlab在自动控制系统的应用，让我受益匪浅。 参考文献1 胡寿松 .自动控制原理 北京：科学出版社，20012 黄忠霖 .自动控制原理的MATAB实现 北京：国防工业出版社，20073 胡寿松 .自动控制原理习题集 北京：国防工业出版社,1990 附录 部分程序：Ka=50;Ke=3;Kt=0.18;Ra=7.5;La=0.01425;J=0.007;Cm=0.3;Ce=0.3;f=0.2;i=0.1;Tm=Ra*J/(Ra*f+Cm*Ce)Km=Cm/(Ra*f+Cm*Ce)num=Ka*Km*Ke/i;den=Tm,Ka*Km*Kt+1,0;G1=tf(num,den)Gy1=feedback(G1,1) %figure(1) bode(num,den)%figure(2)%step(Gy)%figure(3)%nyquist(num,den)%figure(4)margin(num,den);%rlocus(num,den)%impulse(Gs)
