最新位置随动系统的超前校正设计

位置随动系统的超前

校正设计

学号：

课程设计

题目位置随动系统的超前校正设计

学院自动化学院

专业自动化专业

班级自动化****班

姓名***

指导教师***

2011 年12 月26 日

课程设计任务书

学生姓名： *** 专业班级： 自动化**** 指导教师： ** 工作单位： 自动化学院 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5K ε=,测速电机增益25.0=t k ，Ra=6Ω，La=12mH ，J=0.006kg.m 2,C e =Cm=0.3N m/A ,f=0.2N m s ,i=0.1。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。

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； 3、

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：

指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日

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；频域中有频率特性等。

本次课程设计研究的是位置随动系统的超前校正，并对其进行分析。

1位置随动系统原理

1.1位置随动系统原理框图 (1)

1.2部分电路分析 (2)

1.3各元部件传递函数 (3)

1.4位置随动系统的结构框图 (4)

1.5位置随动系统的信号流图 (4)

1.6相关函数的计算 (4)

1.7对系统进行Matlab仿真 (5)

2 加入校正装置后的系统分析 (5)

2.1 校正目的 (5)

2.2 超前校正原理 (5)

2.3 超前网络的传递函数计算步骤 (6)

2.4 对校正后的系统进行Matlab仿真 (7)

3 校正前后系统的分析 (7)

4 总结体会 (8)

参考文献 (9)

位置随动系统的超前校正

1 位置随动系统原理

１.1 位置随动系统原理框图

图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

r θ和接受电位器的转角c θ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。

１.2 部分电路图

（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。

θθθττ∆=-=k k u c r )(

在零初始条件下，拉式变换为 s

s

k u θτ∆=

（2）功率放大器： (

)[()()]a a t u t k u t u t =-

在零初始条件下，拉式变换为 ()[()()]a

a t u s k u s u s =-

（3）电枢控制直流电动机：

22

()()()m m m m a d t d t T k u t dt dt θθ+=

在零初始条件下，拉式变换为2

()()()m m m a T s s s k u s θ+=

图2 自整角机结构图

u

图3 放大器结构图

（4）直流测速电动机：

dt

t d k t u m t

t )

()(θ= 在零初始条件下，拉式变换为()()t t m u s k s s θ=

（5）减速器：

()()m c t i t θθ=

在零初始条件下，拉式变换为()()m c s i s θθ=

1.3 各部分元件传递函数

（1）电桥： 1()

()()

s s u s G s k s τθ=

=∆ （2）放大器：2()

()()

a a u s G s k u s =

= （3）测速机：3()

()()

t t m u s G s k s s θ=

=

图 6 减速器结构图

图4 电枢控制直流电动机结构图

t 图5 直流测速电动机结构图