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1、武汉理工大学自动控制原理课程设计说明书课程设计任务书课程设计任务书学生姓名：学生姓名： 专业班级：专业班级： 指导教师：指导教师： 工作单位：工作单位： 自动化学院自动化学院 题题 目目: : 一类位置随动系统的滞后校正一类位置随动系统的滞后校正 初始条件：初始条件：图示为一位置随动系统，放大器增益为 Ka=40，电桥增益,测速电机增益3KV.s，Ra=7.5，La=14.25mH，J=0.0062kg.m2，Ce=Cm=0.42N.m/A,f=0.18N.m.s,0.16tk 减速比 i=0.1要求完成的主要任务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
2、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、 设计 PD 控制装置，使得系统的阻尼比为 0.7 4、 说明能否用滞后校正改善系统的稳定性 5、 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：时间安排：任务时间（天）审题、查阅相关资料2 分析、计算3 编写程序3 撰写报告1.5 论文答辩0.5指导教师签名：指导教师签名： 年年 月月 日日系主任（或责任教师）签名：系主任（或责任教师）签名： 年年 月月 日日武汉理工大学自动控制原理课程设计说明书I
3、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，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。本次课
4、程设计研究的是一类位置随动系统的滞后校正，设计 PD 控制装置，改善系统的阻尼比，并分析比较校正前后系统相应时域曲线的区别。关键词：随动系统 滞后校正 PD 控制 阻尼比武汉理工大学自动控制原理课程设计说明书II目 录1 位置随动系统原理.11.1 位置随动系统原理图.11.2 部分电路分析.11.2.1 自整角机.11.2.2 功率放大器.21.2.3 两相伺服电动机.21.2.4 测速发电机.31.2.5 减速器.31.3 各元部件传递函数.41.4 位置随动系统的结构框图.41.5 位置随动系统的信号流图.41.6 相关函数的计算.51.7 开环系统频域特性求解.61.8 对系统进行 M
5、atlab 仿真.62 加入校正装置后的系统分析.72.1 校正要求.72.2 PD 校正原理.72.3 PD 控制改善阻尼比的实现.82.4 滞后校正能否改善系统稳定性的说明.92.5 对校正后的系统进行 Matlab 仿真.103 系统校正前后的比较分析.104 总结体会.11参考文献.12武汉理工大学自动控制原理课程设计说明书III一类位置随动系统的滞后校正1 位置随动系统原理1.1 位置随动系统原理图图 1-1 位置随动系统原理图系统工作原理：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、齿轮系及绳轮等组成，采用负反馈控制原理工作，其原理图如图 1-1 所示。在图 1-
6、1 中测量原件为由电位器 Rr 和 Rc 组成的桥式测量电路。负载就固定在电位器 Rc 的滑臂上，因此电位器 Rc 的输出电压 Uc 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 U=Ur-Uc，经放大器放大后驱动伺服电机，并通过齿轮系带动负载移动，使偏差减小。当偏差 U=0 时，电动机停止转动，负载停止移动。此时 =L,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，改善系统性能。1.2 部分电路分析1.2.1 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
7、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)12( )( ( )( )( )u tKttKt武汉理工大学自动控制原理课程设计说明书1零初始条件下，对上式求拉普拉斯变换，可求得电位器的传递函数为(1-2)( )( )( )U sG sKs自整角机结构图可用图 1-2 表示K2图 1-2 自整角机1u （1.2.2 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)1( )( )( )a aUSG sKU S式中 Ua为输出电压，U1为输入电压，Ka 为放大倍数。功率放大器结构图可用图
8、1-3 表示1( )U S( )aUS图 1-3 功率放大器1.2.3 两相伺服电动机(1-4)22( )( )( )mm mmadtdtTk u tdtdt拉普拉斯变换为，于是可得伺服电机传递函数2()( )( )mmmaT sssk us(1-5)( )( )( )(1)mmamskG suss T s 伺服电机结构图可用图1-4表示Ka武汉理工大学自动控制原理课程设计说明书2(1)Km ssTm图 1-4 两相伺服电动机mau1.2.4 测速发电机测速发电机的输出电压 Ut 与其转速 成正比，即有(1-6)ttuK于是可得测速发电机的微分方程(1-7)ttduKdt经过拉普拉斯变换，可得传递函数(1-8)4( )( )( )t tSG SK sU S测速发电机结构图可用图 1-5 表示( )S( )tU S图 1-5 测速发电机1.2.5 减速器(1-9)1( )( )Otti拉普拉斯变换为： (1-10)1( )( )Ossi传递函数为： (1-11)( )1( )( )OsG ssi式中
