自整角机伺服系统的设计与仿真
直流电机伺服控制系统建模与仿真
Tf+TL/ i
简化后得
Tf+TL/ i
变换后的模型
令：
GM ( s)
M ( s)
U d ( s)
则得PI速度控制模型如图所示：
Tf+TL/ i
( s) 令： GV ( s) M ( s) i
可得位置控制模型：
简化后，可得：
简化后的模型
5.2.2 直流速度伺服系统设计及仿真
仿真结果分析
仿真结果与LTI分析结果相矛盾 KI1=3,KP1=2比KI3=75，KP3=25的效果要好
得多。 KI3=75，KP3=25时，两者分析结果相差甚远。
原因：饱和的影响
电流限制4 A
电流限制40 A
KI=75,KP=25
考虑负载力影响后的仿真结果
负载力0.09
负载力0.05
首先使用LTI工具对系统进行分析设计，
求取控制器参数； 然后再应用Simulink对设计好的系统进 行时域仿真分析，对控制器参数作出修 正。
5.2.3 直流位置伺服系统设计及仿真
1 基于单输入单输出SISO工具的控制器设计
生成对象文件
建立控制模型 导入对象
纯比例校正
采用比例校正后的阶跃相应
由SISO得控制器的模型为：
C ( s ) 50
1 0.0041 s 50 1 0.0001 s
0.2 s 1 s 1 10000
对比PD控制器的标准型
C (s) P
Ds 1 s 1 N
得近似PD控制器的参数为：P=50，D=0.2，N=10000。
粘性摩擦系数的实验方法
直流电机伺服控制系统 建模与仿真
基于自整角机的角度跟踪系统虚拟仪器化设计
７ ０２ ） １０ １
摘要： 针对 目前 自整 角枳／轴 角数字转换专用芯 片检测方法 （ Ｄ 无 法直接检测谐 波、 Ｓ Ｃ） 功能单一 、 灵活性差等缺 点 ， 在 分析 了含谐 波的角度解算工作原理的基础上 ， 设计 并开发 了基 于虚拟仪 器的角度跟踪 系统。该 系统硬 件采 用 Ｐ ・ Ａ ＣＤ Ｑ结
２ １ ０ １年
仪 表 技 术 与 传 感 器
Ｉ ｓｒ ｍｅ ｔ Ｔ ｃ ｎ ｑ ｅ ａ ｄ Ｓ ｎ ｏ ｎ ｔｕ ｎ ｅ ｈ ｉｕ ｎ ｅ ｓ ｒ
２０１ １ Ｎｏ ．１１
第 １ 期 １
基 于 自整 角机 的角 度跟踪 系统 虚 拟仪 器化 设 计
刘 嫣
（ 陕西科技大 学电信学 院， 陕西西安
ｔｓ— ｅ ｒ ｅ ｅ ｖ ｄ， ｅ ｉ ｕ ｌ ｉ ｓ ｍｅ ｔ ｔｓ— ｅ ｓ ｕ ｅ ． ｈ ｏｔ ｒ ｆ ｔ ｉ ｓ ｓｅ ｗ ｓ ｄ ｖ ｌｐ ｄ ｂ ｓ ｄ ｏ ａ — ｅ ｔ ｄ ｗｅｅ ｒ ｓ ｒ ｅ ａ ｎ ｗ ｖｒ ａ ｎ ｔ ｂ ｔ ｕ ｒ ｎ ｅ ｔ ｄ ｗａ ｓ ｄ Ｔ ｅ ｓｆ ｂ ｗａ ｅ ｏ ｈ ｓ ｙ ｔｍ ａ ｅ ｅｏ ｅ ａ ｅ ｎ Ｌ ｂ ＶＩ Ｗ ８ ５，ｕ ｔ ｎ ｌ ｒ ｒ ｆＬ ｂ Ｅ Ｗ ｓ ｄ ｔ ｅ ｅｏ ｕ ｃｉｎ ，ｈ ｘ ｍｐ ｅ ｔ ａａ ａ ｑ ｉｉｏ ，ｉ ・ ｅ ｕ ｎ ｙ ａ ａｙ ｉ ｄ Ｅ ． ｆ ｎｉ ｉ ａ ｙ ｏ ａ ＶＩ Ｗ ａ ｕ ｅ ｏ ｄ ｖ ｌｐ ｆ ｎ ｔ ｓ ｔ ｅ ｅ ａ ｌ ｏ ｄ ｔ ｃ ｕ ｓｔ ｎ ｔ ｏ ｂ ｓ ｏ ｉ ｍｅ ｆ ｑ ｅ ｃ ｎ ｌｓｓａ ｒ ｎ ｄ ｇｔ ｌ ｒ ａ ｇｅ ｄ ｃ ｄ ｎ ｎ ｙ ａ ｃ ｄ ｔ ｉｐ ａ ． ｏ ｔ ａ ｅ ｔｓ ｈ ｗ ａ ｈｓ ｓ ｓ ｍ ａｌ ｃ ｉｖ ｈ ｘ ｅ ｔ ｇ ｆ ｎ ｔ ｎ ｎ ｉ ｉ ｆ ｔ ， ｎ ｌ ｅ ｏ ｉｇ ａ ｄ ｄ ｎ ｍｉ ａａ ｄｓ ｌ ｙ Ｓ ｆ ｒ ｔ ｏ ｓｔ ｔ ｉ ｙ ｔ ｃ ｒ ａ ｈ ｅ ｅ ｔｅ ｅ ｐ ｃｉ ｃｉ ｓａ ｄ ｌ ａ ｉ ｅ ｗ ｅ ｓ ｈ ｔ ｅ ｎ ｕ ｏ
自整角机伺服系统的设计与仿真
四川师范大学本科毕业设计伺服系统的设计与仿真学生姓名叶峻嘉院系名称工学院专业名称电子工程及其自动化班级2008 级 2 班学号**********指导教师杨楠完成时间2012年 5 月 15 日伺服系统的设计与仿真姓名：叶峻嘉指导教师：杨楠内容摘要：伺服广义上是指用来控制被控对象的某种状态或某个过程，使其输出量能自动地、连续地、精确地复现或跟踪输入量的变化规律。
其控制行为的主要特征表现为输出“服从”输入，输出“跟随”输入（为此伺服系统也叫做随动系统）。
本设计选择以自整角机为检测元件的伺服系统为具体研究对象。
系统包括以下几个环节：自整角机、相敏整流器、可逆功率放大器、执行机构及减速器。
基于上述模型，本文通过具体实例分析了系统的稳定性、动态性能，并对系统的误差进行了简单分析，指出各种误差来源并写出具体表达式和数学关系，并针对性地提出了有效校正方案并采用串联校正装置进行仿真分析，结果表明校正后的系统总体工作稳定可靠，指标满足设计要求。
关键词：MATLAB 自整角机伺服系统动态性能仿真分析Design and simulation of the servo systemAbstract：Servo broadly refers to the variation used to control the controlled object in a state or a process, so that output can automatically,continuously and accurately reproduce or track the variation of the input.The main features of the control behavior for the output "obey" input and output follow theinput (this servo system is also called servo systems).This design choice selsyn for the detection of components for the specific object of study to servo system. The system consists of the following links: synchro, the phase-sensitive rectifier, reversible power amplifier, implementing agencies and reducer. Based on the above model, through concrete examples and analysis ofsystem stability,dynamic performance, and system errors, a simple analysis, pointing outthe various sources of error and write specific expression and mathematical relationships, and puts forward effective correction programs and using the regulatorto simulate and analyze the results show that the overall system stable and reliableindicators to meet the design requirements.Keywords: MATLAB Synchro Servo System Dynamic Correction SimulationAnalysis目录引言 (1)1 位置伺服系统简介 (3)1.1什么是位置伺服系统 (3)1.2位置伺服系统的发展状况 (4)2 自整角机 (5)2.1自整角机的结构图 (5)2.2自整角机的工作原理 (6)2.3自整角机的应用 (7)3 系统模型的建立 (8)3.1伺服系统的组成 (8)3.2伺服系统的数学模型 (8)3.3伺服系统的方框图 (10)4 伺服系统的分析 (11)4.1自整角机位置伺服系统的稳态误差分析 (11)4.1.1检测误差 (11)4.1.2原理误差（系统误差） (11)4.1.3扰动误差 (12)4.2 分析实例 (12)4.2.1 稳定性分析 (14)4.2.2动态性能分析 (15)4.2.3稳态误差分析 (15)4.3对系统进行MATLAB仿真 (16)5 伺服系统的超前校正 (18)5.1校正网络设计 (18)5.2 超前校正的设计方法 (19)5.3校正后的系统进行matlab分析 (21)5.4比较校正前后各方面性能 (23)5.4.1频域分析 (23)5.4.2时域分析 (23)结论 (24)致谢 (25)参考文献 (26)引言设计的主要工作是了解并掌握位置伺服系统基本概况，综合所学专业知识，选择以自整角机作为检测元件，设计自整角机伺服系统，并对系统进行稳定性分析、误差分析和动态校正，在MATLAB环境下对系统进行仿真。
Ch05伺服驱动系统建模和仿真
25
5.2.2 永磁无刷直流伺服控制系统建模与仿真
无刷直流电动机的基本思想： 为了消除电刷和机械换向器，在无刷直流电动机中将直 流电动机反装，即将永磁体磁极放在转子上，而电枢绕组成 为静止的定子绕组，为了使定子绕组中的电流方向能随其线 圈边所在处的磁场极性交替变化，需将定子绕组与电力电子 器件构成的逆变器连接，并安装转子位置检测器，以检测转 子磁极的空间位置，根据转子磁极的空间位置（由此可以确 定电枢绕组各线圈边所在处磁场的极性）控制逆变器中功率 开关器件的通断，从而控制电枢绕组的导通情况及绕组电流 的方向，显然在这里转子位置检测器和逆变器起到了“电子 换向器”的作用。
建模仿真与相似原理
第5章 伺服驱动系统的建模和仿真
1
5.伺服驱动系统的建模和仿真
本章主要教学内容 5.1伺服驱动系统的模型和控制特点 5.2基于传递函数的伺服控制系统建模与仿真 5.3基于状态空间模型的控制系统设计 *5.4模糊控制系统设计及仿真
2
5.1 伺服驱动系统的模型和控制特点
伺服系统是指以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系 统。数控机床的伺服系统是指以机床移动部件的位移和速度为 控制对象的自动控制系统。 常见的伺服系统有开环与闭环系统之分，直流与交流伺服系 统之分，进给伺服与主轴伺服驱动系统之分，电液伺服与电气 伺服系统之分。 伺服系统是一种执行机构，它接受来自数控装置的进给指令 信号，经变换、调节和放大后驱动执行件，转化为直线或旋转 运动。伺服系统一般由伺服电机、伺服驱动装置、机械传动装 置、位置检测装置等组成。
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伺服放大器设计与仿真分析
伺服放大器设计与仿真分析李玲珑;霍良青;张奇峰;孙斌【摘要】阐述了电液伺服阀力矩马达工作原理及伺服放大器的性能要求,设计了具有调零、反馈、限流功能的伺服放大器模型,并运用仿真软件OrCAD对伺服放大器电路模型进行了性能分析和验证.在仿真的基础上研制了伺服放大器,并对其进行了性能测试,结果表明,伺服放大器输出电流稳定、线性度好、响应迅速,完全满足设计要求.%The operational principle of the electro-hydraulic servo valve torque motor and the performance requirements of the servo amplifier are described. The servo amplifier model that possesses functions of zero adjustment, feedback and current limitation is designed, and the performance analysis and validation for circuit model of the servo amplifier are carried out by using simulation software OrCAD. On the basis of the simulation, the servo amplifier is fabricated, and the performance is tested. The results indicate that the servo amplifier features stable output current, good linearity, and rapid response, thus fully meets designing requirements.【期刊名称】《自动化仪表》【年(卷),期】2012(033)012【总页数】3页(P83-85)【关键词】伺服放大器;伺服控制;电压跟随器;电流负反馈;仿真【作者】李玲珑;霍良青;张奇峰;孙斌【作者单位】机器人学国家重点实验室中国科学院沈阳自动化研究所,辽宁沈阳110016;中国科学院研究生院,北京100039;机器人学国家重点实验室中国科学院沈阳自动化研究所,辽宁沈阳110016;中国科学院研究生院,北京100039;机器人学国家重点实验室中国科学院沈阳自动化研究所,辽宁沈阳110016;机器人学国家重点实验室中国科学院沈阳自动化研究所,辽宁沈阳110016【正文语种】中文【中图分类】TH290 引言随着电液伺服控制技术的迅速发展，作为辅助设备，电液伺服阀的应用范围也不断扩展，覆盖从民用机械到精密航天设备等关键国民经济领域［1］。
高精度无刷直流电机伺服控制系统的设计及仿真
高精度无刷直流电机伺服控制系统的设计与仿真在伺服传动系统中，无刷直流电动机(BLDCM)是一种新型的无级变速电动机，其构造简单可靠、维护方便、运行效率高及惯量小和控制精度高等优点，广泛应用于伺服控制精细数控机床、加工中心、机器人等领域。
随着BLDCM应用领域的推广，对系统的动静态性能、鲁捧性、控制精度等要求越来越高。
本文以三相四极无刷直流电动机为研究对象，结合PID控制和模糊控制各自的优势，设计了一套基于TI公司的C2000系列TMS320F2812 DSP为核心的全数字永磁无刷直流电动机的闭环调速系统，以期满足BLDCM伺服控制系统的高精度、快速性、稳定性和鲁捧性的要求。
1 总体方案设计系统没计采用三相四极无刷直流电动机PWM控制方案，逆变桥的通电方式采用两两导通方式该系统主要由三相四极无刷直流电动机、控制器、电子开关电路和化置检测器四局部组成。
其构造框图如图1所示。
功率驱动方式采用三相Y型全桥驱动电路，如图2所示。
本系统实现的关键就是通过位置环、速度环和电流环三闭环构造最终实现位置的伺服控制。
从闭环构造上看，位置环在最外面，是本系统的主环，电流调节环和速度调节环在里面，两者都是为位置环而效劳，电流调节器和速度调节器采用PI调节器，位置调节器采用PID调节器，以TMS320F2812微控制器为控制核心，以功率MOSFET管构成逆变器。
通过改变逆变器开关器件的PWM占空比来改变电机电楸端电压，以实现电机转速的调节。
2 硬件设计图3给出了基于TMS320F2812 DSP的无刷直流电机控制系统硬件构造框图。
本系统主要由辅助电源、控制器及外围电路、电动机驱动电路、检测电路和系统保护电路等几局部组成。
无刷直流电动机的渊速原理为：TMS320F2812控制器通过捕获单元捕捉无刷直流电动机转子位置传感器HALL1、HALL2、HALL3高速脉冲信号，检测转子转动位置，并根据转子的位置发出相应的指令改变PWM信号的当前值，进而改变直流电机驱动电路(三相桥式逆变电路IGBT)中功率管的导通顺序，实现电机转速和转动方向的控制。
自整角机数字转换器的设计与实现的开题报告
自整角机数字转换器的设计与实现的开题报告一、研究背景和意义随着科技的不断发展，人们对高精度、高速度的计算需求越来越迫切。
而整角机，在很多领域中都有很重要的作用，比如控制系统、信号处理、图像处理等等。
整角机的设计通常需要使用数字转换器来将模拟信号转换成数字信号进行处理。
因此，数字转换器是整角机设计的重要组成部分。
本课题的主要目的是设计和实现一种高精度、高速度的数字转换器，用于整角机的设计和实现。
本设计旨在通过研究不同的数字转换器设计方法和实现方案，选取合适的方案进行实现，从而实现数字转换器的高效运转，使整角机在各种应用中都具有更好的性能。
二、研究内容和方法1.研究数字转换器的理论基础：了解数字转换器的基本原理、分类、ADC/DAC转换过程等相关知识，对数字转换器的性能参数进行分析。
2.选取数字转换器设计方案：根据数字转换器不同的应用场景和性能要求，结合前期的研究，选择合适的数字转换器设计方案。
3.设计数字转换器：实现所选方案的数字转换器的具体设计，包括采用的电路、物理实现和调试过程。
4.测试和评估：进行数字转换器的性能测试和评估，包括精度、速度、功耗等方面的测试。
根据测试结果进一步优化数字转换器的设计。
三、预期成果和意义1.提高整角机的性能：实现一个高精度、高速度的数字转换器，可以提高整角机的性能，满足不同应用领域的需求。
2.掌握数字转换器的设计方法：通过本课题的研究和实践，可以掌握数字转换器的设计方法，对数字信号处理、数据转换等方面的研究具有较高的技能。
3.拓展应用场景：本课题的研究成果可以应用在控制系统、信号处理、图像处理等领域，为科技发展和社会进步做出贡献。
基于矩角控制的PMSM伺服系统仿真与设计
琳 ，董 砚 ，郑 易
３０３ ０ １０；２河北工 业大学 ， 息工 程学 院 ，天 津 ． 信 ３０３ ） ０ １０
摘要： 随着 我 国经 济 和工 业 水平 的 不 断提 高与 发 展 ， 高性 能 、 功耗 的伺 服 系统 备 受关 注 。 以永 磁 同步 电机 低
（ ＭＳ 为母 机 的伺服 系统 以其高性 能 比而 受到诸 多关 注 。以 Ｐ Ｍ 为控制 对象 ， 交流步 进传 动 中矩 角控 制 Ｐ Ｍ） ＭＳ 对 方式应 用于 伺服 系统 的情况 。 进行 了动 态仿 真研究 与实 际实验 平 台验 证 。仿真 与 实验结果 表 明 ． 应用矩 角控 制 方式 的 Ｐ Ｍ伺 服 系统 具有 良好 的动态 特性 与 定位 特性 ， 全满 足现 代 工业 伺服 系统 中 的高 性 能 、 功耗 的 ＭＳ 完 低 要求 。 同时 ， 研究 结果也 为 Ｐ Ｍ 在高 性能控 制场 合下 的应用 打下 了坚实 的理论 与实验 基础 。 ＭＳ
２２ 矩 角 控 制 理 论 ．
在 Ｐ Ｍ 的 传动 控 制 中 。定 子 上 产 生 的 电枢 ＭＳ 磁 势 与 转 子 磁 势 同 步 旋 转 ，产 生 电磁 转 矩
。
该伺 服系统 的 Ｍａａ／ｉｕ ｎ 仿 真模 型主要 ｔ ｂＳ ｌ ｋ ｌ ｍ ｉ 包 括 ： 电流 滞 环 Ｐ ＷＭ 逆 变 器 模 块 、ＭＳ 模 块 、 Ｐ Ｍ
ｉｄ ｓｒ ｌ ｓｒｏｓ ｓ ｍ． ｈ ａ ｈｌ ｔｅ ｒｓａｃ ｅｕｔ ａｓ ａａ ｌｓ ｏｉ ｕ ｄ ｔ ｎ ｉ ｈ ｏ ｎ ｅ ｅｃ ｎ ｕ ｔ ａ ｅｖ —ｙ ｔ Ｉ ｔｅ ｍｅ ｎ ｗ ｉ ｈ ｅｅ ｒｈ ｒｓｌ ｏ ｅ ｔｂｉｈ ａ ｓｌ ｆ ｎ ａ ｏ ｎ ｔｅ ｒ ａ ｄ ｒｓ ｒｈ ｉ ｅ ｎ ｅ， ｓｌ ｄｏ ｉ ｙ
基于RD-19230的自整角机接口电路图设计
自整角机是一种感应式的微电机，它利用电磁感应原理将机械转角或直线位移精确地转化成电信号。
它是自动控制系统中的同步元件，利用两台或多台自整角机在电路上的联系，可以使相隔一定距离、机械上互不连接的两根或多根转轴保持同步旋转或产生相同的转角变化。
自整角机按其使用要求不同，可分为控制式自整角机和力矩式自整角机，按结构形式不同可分为接触式和无接触式两大类。
由于自整角机良好的抗震动、冲击和可在油污等恶劣环境下工作的特点，在现代技术领域的各部门中，它被广泛应用于随动系统和远程控制等方面。
现代流行的自整角机数字化技术主要有单RC相移法，双RC相移法，实时三角函数发生器方案，利用AD和uP的解决方案，跟踪型解决方案等。
由于跟踪型解决方案具有实时性强，抗干扰能力好的特点，现在大部分转化方案都采用此方案。
本文基于应用者的角度介绍了自整角机的基本结构及工作原理，通过分析跟踪型转换芯片RD-19230的功能特点，设计了简单有效的外围接口电路。
1自整角机原理自整角机是自动控制系统中传递转角位置信息的微电机，在自整角机和伺服机构组成的随动系统中，与发送轴或主动轴耦合的自整角机称为发送机，与接受轴或被动轴耦合的的自整角机称为接收机。
控制式自整角接收机输出的是与两轴转角差成一定关系的电压，该电压控制交流伺服电动机去带动被动轴旋转，故能带动较大负载。
由于接收机工作在变压器状态，故通常称为自整角变压器。
力矩式接收机直接输出力矩并带动负载，但带载能力差，只能带动指针、刻度盘等轻负载，常用于角度传输精度要求不很高的指示系统中。
图1为自整角机原理图。
如图1所示，自整角机主要由定子和转子组成，定子和转子问有很小的空气隙，自整角机的激磁磁场，是一个磁场轴线在空间固定于激磁绕组轴线上，磁通密度分布曲线的幅值随时间交变的脉振磁场。
当转子绕组偏离中线位置时，转子激磁绕组所产生的脉振磁通必定和定子各相绕组相匝链，因而在定子各相绕组中感应出电势。
本文就是将三路自整角机感应电动势信号处理后，得到RD-19230转换所需的两路正交信号，从而转换为精确的数字信号。
伺服技术中的系统建模和仿真技术
伺服技术中的系统建模和仿真技术一、引言伺服技术是现代工业中不可或缺的技术手段，应用广泛。
系统建模和仿真技术是伺服技术中的重要一环。
本文将深入探讨伺服技术中的系统建模和仿真技术。
二、伺服技术简介伺服技术是指通过电子设备、机电传动等手段实现对物理量的精确、灵敏的控制技术。
伺服系统一般包括控制器、伺服驱动器、执行器等组成部分，其中控制器是核心部件，通过采集传感器信号进行处理，控制伺服驱动器输出控制电压，从而控制执行器动作。
三、系统建模技术系统建模是指将一个系统转化为数学模型，并进行分析、设计的过程。
在伺服技术中，系统建模是保证伺服系统稳定性和系统效率的基础。
伺服系统建模主要分为两类：时域模型和频域模型。
时域模型一般采用微分方程或状态空间方程进行描述，而频域模型则采用传递函数进行分析和设计。
四、仿真技术仿真技术是指通过计算机软件模拟系统运行过程，验证和优化系统设计的过程。
在伺服技术中，仿真技术可以用于验证控制算法的灵敏性、稳定性以及系统反应速度，提高系统性能和稳定性。
仿真技术应用广泛，包括Matlab/Simulink、ADAMS、ANSYS等软件。
五、系统建模和仿真技术的应用举例在伺服技术中，系统建模和仿真技术应用广泛。
以下是其具体应用举例。
1. 机器人控制系统机器人控制系统中，伺服技术非常重要。
通过建立机器人运动学和动力学模型，仿真机器人运动过程，优化系统参数，可以实现高精度、高速度、高质量的运动控制。
2. 气缸控制系统气缸控制系统中，伺服技术可以通过建立气缸数学模型，仿真气缸运动过程，模拟气缸的位置、速度和力量等参数，根据实际情况优化系统设计，提高控制性能。
3. 电动汽车驱动系统电动汽车驱动系统中，伺服技术应用非常广泛。
通过建立电动汽车模型，仿真电动汽车的动力学特性，优化电动汽车的控制算法和设计参数，可以实现电动汽车的高效、安全、稳定运行。
六、结论伺服技术中的系统建模和仿真技术是实现高精度、高效率控制的重要工具。
高精度自整角机轴_角测量系统设计
理, 即得:
44卷
F1 = 1 / 2 Vm2 s in
F2 = 1 / 2 Vm2 cos
( 5)
由滤波器输出值 ( 5) 可知, 通 过直角坐标 - 极
坐标转换即可计算出所求的轴 /角测量信号 。设计 中我们可通过预先计算 arctan , 即可通过查找表的 方式求旋转角度。由于所求的旋转角 值取值范围
析。本设计重点研究了轴 /角测量的一种全数字信号处理 方法, 在 FPGA 器 件上实现了 系统的时序 控制、数字 混频、
F IR 滤波器和轴 /角转换等模块的数字电路设计, 保证了系统的抗干扰性和可靠性。设计仿真与分 析结果表明, 采用
14位数字输出可获得 1 3 的轴 /角测量精度, 满足了自整角机轴 /角测量的高精度设计要求。
轴角信号的数字化, 系统组成如图 1所示。
自整角机相对于轴线旋转 角时, 形成一组自
整角信号, 经过数字转换器可解算出数字化角度 :
V1 = Vm sin t sin
V2 = Vm sin t sin( - 120 )
( 1)
V3 = Vm sin t sin( - 240 )
收稿日期: 2010 07 13 基金项 目: 安 徽 省 教 育 厅 自 然 科 学 重 点 科 研 计 划 项 目 资 助 ( 2009A JZR0606 ) , 合 肥 工 业 大 学 青 年 发 展 基 金 项 目
0C 78
2 04 7
106 0
183 0
1 55 2
0C 78
000 0
0
106 0
144 8
1 77 1
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基于自整角机的位置随动系统设计与分析.
1、位置随动系统的简介1.1 随动系统的结构原理位置随动系统是一种位置反馈控制系统，因此，一定具有位置指令和位置反馈的检测装置，通过位置指令装置将希望的位移转换成具有一定精度的电量，利用位置反馈装置随时检测出被控机械的实际位移，也把它转换成具有一定精度的电量，与指令进行比较，把比较得到的偏差信号放大以后，控制执行电机向消除偏差的方向旋转，直到达到一定的精度为止。
这样，被控制机械的实际位置就能跟随指令变化，构成一个位置随动系统【3】。
下面我们结合实际，介绍一个位置随动系统的一般工作过程。
原理图如图1所示。
图1 位置随动系统原理框图工作过程：因为系统存在惯性，当输入X(t)变化时，输出Y(t)难以立即复现，此时Y(t)≠X(t)，即：e(t)= Y(t)―X(t)≠0，——测量元件将偏差e(t)转换成电压输出——经小信号放大器放大，功率放大器——执行电机转动——减速器——使被控对象朝着消除误差的方向运动，只要X(t)≠Y(t)，就有e(t)≠0，执行电机就会转动，一直到偏差e(t)=0，执行电机停止转动，此时系统实现了输出量Y(t)对输入量X(t)的复现。
当X(t)随时间变化时，Y(t) 就跟着X(t)作同样变化，这种现象就称为随动【3】。
1.2 位置随动系统的分类随着科学技术的发展，出现了各种类型的随动系统。
由于位置随动系统的基本特征体现在位置环上，体现在位置给定信号和位置反馈信号及两个信号的综合比较方面，因此可根据这个特征将它划分为两个类型，一类是模拟式随动系统，另一类是数字式随动系统【4】。
模拟式随动系统的各种参量都是连续变化的模拟量，其位置检测器可用电位器，自整角机，旋转变压器，感应同步器等。
负载是雷达天线的模拟式位置随动系统的原理图见图2，一般是在调速系统的基础上外加一个位置环组成，它是最常见的。
图2 模拟式随动系统原理框图由于模拟式检测装置的精度收到制造上的限制，不可能做的很高，从而影响了整个模拟式随动系统的精度。
带PI参数自整定的永磁同步电机伺服系统的设计与实现的开题报告
带PI参数自整定的永磁同步电机伺服系统的设计与实现的开题报告一、选题背景和意义永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM）是一种高效、高性能的电机，广泛应用于机器人、风力发电、汽车等领域。
伺服系统是指电机通过传感器采集外部信号，进行闭环控制的系统，在工业自动化中得到广泛应用。
PI参数自整定算法能够快速寻找最优参数，并实现良好的性能，因此将PI参数自整定与永磁同步电机伺服系统相结合，对提高永磁同步电机的控制性能和效率具有重要的意义。
二、研究内容和目标本项目针对永磁同步电机伺服系统，研究基于PI参数自整定的控制策略。
具体研究内容包括：1.建立永磁同步电机数学模型；2.研究PI参数自整定算法，并将其应用于永磁同步电机伺服系统中；3.设计并实现控制系统，测试性能和效率。
通过对PI参数自整定算法的研究和应用，实现永磁同步电机伺服系统的高效控制，并提高系统的稳定性和控制精度。
三、研究方法和技术路线本项目的研究方法和技术路线如下：1.文献调研：对永磁同步电机的控制技术和PI参数自整定算法进行深入调研，了解当前研究状况和发展方向；2.建立数学模型：基于研究结果，建立永磁同步电机的数学模型，包括电机动态方程、控制模型等；3.研究PI参数自整定算法：针对永磁同步电机伺服系统的特点，研究PI参数自整定算法，探究最优参数的快速寻找方法；4.控制系统设计：设计基于PI参数自整定的控制系统，并进行实现和测试；5.结果分析和评估：分析测试结果，评估系统的性能和效率，并对研究结果进行总结和改进。
四、预期成果和创新点本项目预期取得以下成果：1.建立永磁同步电机的数学模型，并深入掌握永磁同步电机的控制原理和方法；2.研究PI参数自整定算法，并将其应用于永磁同步电机伺服系统中，掌握算法的实现过程和优化方法；3.设计并实现基于PI参数自整定的永磁同步电机伺服系统，测试性能和效率，达到提高系统控制精度和稳定性的目标。
基于自整角机的角度跟踪系统虚拟仪器化设计
基于自整角机的角度跟踪系统虚拟仪器化设计
刘嫣
【期刊名称】《仪表技术与传感器》
【年(卷),期】2011(000)011
【摘要】针对目前自整角机/轴角数字转换专用芯片检测方法(SDC)无法直接检测谐波、功能单一、灵活性差等缺点,在分析了含谐波的角度解算工作原理的基础上,设计并开发了基于虚拟仪器的角度跟踪系统.该系统硬件采用PC-DAQ结构方案,保留原有的角度传感器平台,增加虚拟仪器开发平台.系统软件采用LabVIEW8.5,运用LabVIEW函数库实现数据采集、时频分析与数字滤波、角度解算、数据动态显示等多种功能.软件测试表明:该系统能够实现预期功能,并具有检测精度高、扩展性好等优点.
【总页数】3页(P37-39)
【作者】刘嫣
【作者单位】陕西科技大学电信学院,陕西西安710021
【正文语种】中文
【中图分类】TM383
【相关文献】
1.一种基于双轴旋转角度的太阳能自动跟踪系统的设计 [J], 李峰;唐志航;谢雅;张益星;肖鹏;刘铁武
2.基于虚拟仪器技术的光伏双轴跟踪监测系统研究 [J], 张华钧;高丽;史延东
3.基于虚拟仪器的自整角机轴/角测量系统设计 [J], 鲁迎春;刘士兴;黄正峰
4.基于虚拟仪器的旋转变压器角度测量系统的设计与实现 [J], 李彦勤;徐国栋;王俊雄
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位置随动系统课程设计
第一章位置随动系统的概述之欧侯瑞魂创作1.1 位置随动系统的概念位置随动系统也称伺服系统，是输出量对于给定输入量的跟踪系统，它实现的是执行机构对于位置指令的准确跟踪。
位置随动系统的被控量(输出量)是负载机械空间位置的线位移和角位移，当位置给定量(输入量)作任意变更时，该系统的主要任务是使输出量快速而准确地复现给定量的变更，所以位置随动系统肯定是一个反馈控制系统。
位置随动系统是应用非常广泛的一类工程控制系统。
它属于自动控制系统中的一类反馈闭环控制系统。
随着科学技术的发展，在实际中位置随动系统的应用领域非常广泛。
例如，数控机床的定位控制和加工轨迹控制，船舵的自动把持，火炮方位的自动跟踪，宇航设备的自动驾驶，机器人的动作控制等等。
随着机电一体化技术的发展，位置随动系统已成为现代工业、国防和高科技领域中不成缺少的设备，是电力拖动自动控制系统的一个重要分支。
位置随动系统与拖动控制系统相比都是闭环反馈控制系统，即通过对输出量和给定量的比较，组成闭环控制，这两个系统的控制原理是相同的。
对于拖动调速系统而言，给定量是恒值，要求系统维持输出量恒定，所以抗扰动性能成为主要技术指标。
对于随动系统而言，给定量即位置指令是经常变更的，是一个随机变量，要求输出量准确跟随给定量的变更，因而跟随性能指标即系统输出响应的快速性、灵敏性与准确性成为它的主要性能指标。
位置随动系统需要实现位置反馈，所以系统结构上肯定要有位置环。
位置环是随动系统重要的组成部分，位置随动系统的基本特征体现在位置环上。
根据给定信号与位置检测反馈信号综合比较的分歧原理，位置随动系统分为模拟与数字式两类。
总结后可得位置随动系统的主要特征如下：1．位置随动系统的主要功能是使输出位移快速而准确地复现给定位移。
2．必须具备一定精度的位置传感器，能准确地给出反映位移误差的电信号。
3．电压和功率放大器以及拖动系统都必须是可逆的。
4．控制系统应能满足稳态精度和动态快速响应的要求，其中快速响应中，更强调快速跟随性能。
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四川师范大学本科毕业设计伺服系统的设计与仿真学生姓名叶峻嘉院系名称工学院专业名称电子工程及其自动化班级2008 级 2 班学号**********指导教师杨楠完成时间2012年 5 月 15 日伺服系统的设计与仿真姓名：叶峻嘉指导教师：杨楠内容摘要：伺服广义上是指用来控制被控对象的某种状态或某个过程，使其输出量能自动地、连续地、精确地复现或跟踪输入量的变化规律。
其控制行为的主要特征表现为输出“服从”输入，输出“跟随”输入（为此伺服系统也叫做随动系统）。
本设计选择以自整角机为检测元件的伺服系统为具体研究对象。
系统包括以下几个环节：自整角机、相敏整流器、可逆功率放大器、执行机构及减速器。
基于上述模型，本文通过具体实例分析了系统的稳定性、动态性能，并对系统的误差进行了简单分析，指出各种误差来源并写出具体表达式和数学关系，并针对性地提出了有效校正方案并采用串联校正装置进行仿真分析，结果表明校正后的系统总体工作稳定可靠，指标满足设计要求。
关键词：MATLAB 自整角机伺服系统动态性能仿真分析Design and simulation of the servo systemAbstract：Servo broadly refers to the variation used to control the controlled object in a state or a process, so that output can automatically,continuously and accurately reproduce or track the variation of the input.The main features of the control behavior for the output "obey" input and output follow theinput (this servo system is also called servo systems).This design choice selsyn for the detection of components for the specific object of study to servo system. The system consists of the following links: synchro, the phase-sensitive rectifier, reversible power amplifier, implementing agencies and reducer. Based on the above model, through concrete examples and analysis ofsystem stability,dynamic performance, and system errors, a simple analysis, pointing outthe various sources of error and write specific expression and mathematical relationships, and puts forward effective correction programs and using the regulatorto simulate and analyze the results show that the overall system stable and reliableindicators to meet the design requirements.Keywords: MATLAB Synchro Servo System Dynamic Correction SimulationAnalysis目录引言 (1)1 位置伺服系统简介 (3)1.1什么是位置伺服系统 (3)1.2位置伺服系统的发展状况 (4)2 自整角机 (5)2.1自整角机的结构图 (5)2.2自整角机的工作原理 (6)2.3自整角机的应用 (7)3 系统模型的建立 (8)3.1伺服系统的组成 (8)3.2伺服系统的数学模型 (8)3.3伺服系统的方框图 (10)4 伺服系统的分析 (11)4.1自整角机位置伺服系统的稳态误差分析 (11)4.1.1检测误差 (11)4.1.2原理误差（系统误差） (11)4.1.3扰动误差 (12)4.2 分析实例 (12)4.2.1 稳定性分析 (14)4.2.2动态性能分析 (15)4.2.3稳态误差分析 (15)4.3对系统进行MATLAB仿真 (16)5 伺服系统的超前校正 (18)5.1校正网络设计 (18)5.2 超前校正的设计方法 (19)5.3校正后的系统进行matlab分析 (21)5.4比较校正前后各方面性能 (23)5.4.1频域分析 (23)5.4.2时域分析 (23)结论 (24)致谢 (25)参考文献 (26)引言设计的主要工作是了解并掌握位置伺服系统基本概况，综合所学专业知识，选择以自整角机作为检测元件，设计自整角机伺服系统，并对系统进行稳定性分析、误差分析和动态校正，在MATLAB环境下对系统进行仿真。
伺服控制技术是自动化学科中与产业部门联系最紧密、服务最广泛的一个分支。
世界上第一个伺服控制系统由美国麻省理工学院辐射实验室(林肯实验室的前身)于1944年研制成功，这就是火炮自动跟踪目标的伺服系统。
自从第二次世界大战期间雷达和火炮伺服系统出现以来，在半个多世纪中，伺服控制技术及其系统在工业、农业、和国防等各个领域都得到了广泛的应用，伺服控制经历了发电机一电动机系统、交磁电机扩大机控制、磁放大器控制、晶闸管控制、集成电路控制、计算机控制的发展过程。
特别是进入二十世纪九十年代以来，随着计算机技术，特别是微控制芯片技术的日益成熟，使得长期以来建筑在现代控制理论或其他一些复杂算法基础上的控制原理得以快速在线计算及进行优化处理，从而把许多过去认为只能在理论上成立而在实际中无法应用的控制原理实用化。
另外，随着电力电子技术的发展，使得可控的大功率半导体器件无论是在电压及电流等级，还是在开关速度和对驱动电路的要求上都有了长足的发展。
位置伺服系统是应用非常广泛的一类系统，主要实现执行机构对位置指令的准确跟踪，被控制量一般是负载的空间位移，当位置指令随机变化时，系统能使被控制量准确无误地跟随。
随着计算机与微电子技术的发展，人们越来越多地采用数学模型在计算机上进行仿真实验研究，即计算机辅助设计CAD技术。
控制系统是CAD技术在自动控制理论、自动控制系统分析与设计方面的应用分支。
CAD技术为控制系统的分析与设计开辟了广阔天地，它使得原来人们认为难以应用的设计方法成为可能。
作为控制系统技术中的“核心”内容，数字仿真软件也不断地推陈出新。
在人们利用数字计算机进行仿真实验的初级阶段，所有问题如微分方程求解、矩阵运算、绘图等都是用高级算法语言(如 BASIC、FORTRAN、C等)来编写。
往往是几百条语句仅为解决一个“矩阵求逆”一类的基础问题，使得人们大量的精力不是放在研究“系统问题”如何，而过多研究软件编制，后来，在此基础上，形成了一些将某些数值计算和分析程序以“子程序”形式集中起来的应用“软件包”，来方便程序编制时调用，但仍旧存在着使用不便、调试繁琐、专业性要求过强、可信度低等问题。
80年代以来，由美国Mathworks公司推出的交互式MATLAB语言，和后来由该公司推出的SIMULINK模型化图形组态软件一起，以它独特的构思和卓越的性能为控制理论界所重视，成为当今最具影响力的控制系统CAD软件。
MATLAB是由美国clever moler博士开发的名为MATrix LABoratory的集命令、翻译、科学计算于体的交互式软件系统。
经过不断的完善，MATLAB已经发展成为适合多学科、多种工作平台的功能强劲的大型软件。
它利用其丰富的函数资源，使编程人员从繁琐的程序代码中解放出来。
1 位置伺服系统简介1.1什么是位置伺服系统定义：位置伺服是指输出量的位移随位置给定输入量而变化。
在位置伺服系统中，一般执行电动机常选用伺服电动机，所以也称位置随动控制系统。
位置伺服系统是用来控制被控对象的某种状态，使其能自动地、连续地、精确地复现输入信号的变化规律，通常是闭环控制系统。
位置伺服系统是狭义的随动系统，从广义来说随动系统的输出量不一定是位置，也可以是其它的量，例如转速、电流双闭环调速系统中的电流环实际上可看成是一个电流随动系统，采用多电机拖动的多轴纺织机和造纸机可认为是速度的同步随动系统等。
采用不同的分类方法，可以得到不同的位置伺服系统：（1）按控制原理（或方式）不同，表示的方式有闭环控制系统和开环-闭环控制系统。
（2）按控制量性质不同，有位移、速度、力和力矩等伺服系统形式。
（3）按系统组成元件的性质不同，有电气伺服系统、液压伺服系统、电气-液压伺服系统、电气-气动伺服系统。
（4）按执行元件不同，分为步进电机随动形式、直流电机随动形式和交流电机随动形式。
举例说明：军事工业中自动火炮跟踪雷达天线或跟踪电子望远镜的目标控制，陀螺仪的惯性导航控制，飞行器及火箭的飞行姿态控制；冶金工业中轧钢机轧辊压下装置的自动控制，按给定轨迹切割金属的火焰喷头的控制；仪器仪表工业中函数记录仪的控制以及机器人的自动控制等。
位置伺服系统是应用非常广泛的一类系统，主要实现执行机构对位置指令的准确跟踪，被控制量一般是负载的空间位移，当位置指令随机变化时，系统能使被控制量准确无误地跟随。
位置伺服系统的原理图，在系统中位置调节器为校正装置，其作用是保证系统的稳定及动态品质。
常用的校正方式有串、并联校正。
典型模拟式伺服系统原理框图，如图1所示。
图1 典型模拟式伺服系统原理框图1.2位置伺服系统的发展状况位置伺服系统是自动控制系统的一个分支，又称位置随动系统。
“伺服”（servo）一词源于拉丁语，其含义为“奴隶”。
一个伺服系统是利用负反馈原理引入的一个控制行为，是输出辐辏与输入的一类系统。
它是伴随电的应用而发展起来的，最早出现于20世纪初。
1934年第一次出了伺服机（servomechanism）这个词，随着自动控制论的发展，到20世纪中期，位置伺服系统的理论与实践均趋于成熟，并得到广泛应用。
近几十年来在新技术革命的推动下，特别是伴随着微电子技术和计算机技术的飞速进步，位置伺服系统技术也得到了快速的发展，它的应用几乎遍布社会的各个领域。
本设计选择自整角机为检测元件的伺服系统为具体研究对象。