经典随动控制系统.
一类位置随动系统的测速反馈控制
一类位置随动系统的测速反馈控制1位置随动系统原理1.1位置随动系统工作原理图1-1位置随动系统原理图该系统为一自整角机位置随动系统，用一对自整角机作为位置检测元件，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（从动轴）相连。
TX 与TR 组成角差测量线路。
若发送自整角机的转子离开平衡位置转过一个角度r θ，则在接收自整角机的单相绕组转子的单相绕组上将感应出一个偏差电压e u ，它是一个振幅为em u 、频率与发送自整角机激励相同的交流调制电压。
即sin e em u u t ω=∙在一定范围内，em u 正比于r c θθ-，即[]em e r c u k θθ=-，所以可得[]sin e e r c u k t θθω=-这就是随动系统中接收自整角机所产生的偏差电压的表达式，它是一个振幅随偏差()r c θθ-的改变而改变的交流电压。
因此，e u 经过交流放大器放大，放大后的交流信号作用在两相伺服电动机两端。
电动机带动负载和接收自整角机的转子旋转，实现r c θθ=，以达到跟随的目的。
为了使电动机转速恒定、平稳，引入了测速负反馈。
系统的被控对象是负载轴，被控量使负载轴转角c θ，电动机是执行机构，功率放大器器信号放大作用，调制器负责将交流调制为直流电供给直流测速发电机工作电压，测速电动机是检测反馈元件。
1.2单元电路模块分析1.2.1自整角机自整角机是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。
则自整角机的表达式为()[()()]()r c u t K t t K t εεθθθ=-=∆在零初始条件下，拉氏变换为()()u s K s εθ=∆，则自整角机的传递函数为1()()()u s G s K s εθ==∆ 自整角机的结构图如图1-2所示图1-2 自整角机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。
自动控制原理课程设计-火炮跟踪随动控制系统-精品
课程设计名称：自动控制原理课程设计题目：火炮跟踪随动控制系统专业：班级：姓名：学号：课程设计任务书一、设计题目：车载武器随动系统设计二、设计任务：设计一个随动系统，使其发射端口在要求的精度和时间X围内跟踪目标.三、设计计划：1.查阅相关资料2.确定设计方案3.进展设计并定稿四、设计要求：要求设计的随动系统在跟踪过程有足够的稳定性与快速性指导教师：徐建华教研室主任：徐建华时间：2011年12月9 日中国矿业大学某某学院课程设计成绩评定表摘要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X围内。
这种系统在军事上应用最为普遍.如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。
本文对一个随动系统进展研究，在准确把握研究的方向根底上，始终以系统的高运行性能为目标，在控制系统的稳定性，快速性，准确性这三者之间的固有矛盾中寻找最优的平衡点。
通过建立模型，元件确定，参数分析，串联校正四大模块，整合自动控制理论的各个知识点，包含了经典控制理论的大局部内容，知识点相互穿插，严密联系，并有机结合成一篇完整的论文。
目录一系统设计的步骤――――――――――――――――――――――――― 1 1.1 设计方案―――――――――――――――――――――――――――1―――――――――――――――――――― 1 ――――――――――――――――――――――――11.2 系统的方框图与开环传函――――――――――――――――――――52.1系统方框图――――――――――――――――――――――――――52.2系统开环传函―――――――――――――――――――――――――61.3 火炮系统的工作过程――――――――――――――――――――――6 1.4 性能指标确实定――――――――――――――――――――――――6 二控制系统方案和主要元部件的选择―――――――――――――――――72.1 系统方案―――――――――――――――――――――――――――7 2.2 元部件选择――――――――――――――――――――――――――7 三开环增益和静态误差计算―――――――――――――――――――――83.1 系统无测速反响――――――――――――――――――――――――8 3.2 系统参加测速反响―――――――――――――――――――――――8――――――――――――――――――――――――9 ――――――――――――――――――――――――9 ―――――――――――――――――――――――――10 3.3 静态误差的计算――――――――――――――――――――――――11 四动态分析和校正装置的设计――――――――――――――――――――13 五结论――――――――――――――――――――――――――――――15 六设计体会――――――――――――――――――――――――――――16 七参考文献――――――――――――――――――――――――――――17一系统设计的步骤1.1设计方案(1)控制任务：控制火炮跟踪目标，确定目标位置,适时开炮击中目标。
自动控制原理课程设计——位置随动系统
自动控制原理课程设计——位置随动系统
在工业自动化领域，位置随动系统扮演着重要的角色。
它能够使驱动装置根据指令精确地移动到指定位置，并保持稳定。
位置随动系统的核心是自动控制系统，该系统通过反馈机制实时监测和调整驱动装置的位置。
在位置随动系统中，通常采用步进电机或伺服电机作为驱动装置。
这些电机能够根据控制系统的指令精确地转动一定的角度，从而实现位置的精确控制。
为了确保系统的稳定性，通常会采用闭环控制，即通过位置传感器实时监测电机的位置，并将位置信息反馈给控制系统。
在自动控制原理课程设计中，学生需要了解并掌握位置随动系统的基本原理、组成和实现方法。
学生需要自行设计并实现一个简单的位置随动系统，通过实验验证系统的性能和稳定性。
在设计过程中，学生需要考虑系统的硬件组成、控制算法的选择和实现、传感器选择和校准、系统调试和优化等方面的问题。
学生需要通过理论分析和实验验证相结合的方法，不断优化和完善系统设计。
通过这个课程设计，学生可以深入了解自动控制原理在实际应用中的重要性，提高自己的动手能力和解决问题的能力。
同时，这个课程设计也可以为学生未来的学习和工作打下坚实的基础。
随动系统控制原理
随动系统控制原理随动系统控制原理是指一种自动控制系统，其目的是根据外部输入信号或反馈信号，使系统的输出能够追随或响应这些信号的变化。
随动系统广泛应用于工业控制、航空航天、自动化生产等领域，能够实现对复杂系统的高效控制。
随动系统的控制原理主要包括以下几个方面：1. 反馈控制：随动系统通过传感器获取系统的输出信号，并将其与期望值或输入信号进行比较，从而实现反馈控制。
反馈控制可以使系统具有自适应能力，能够根据外部条件的变化及时调整系统的输出。
2. 控制算法：随动系统的控制算法是实现系统控制的核心部分，常见的控制算法包括比例控制、积分控制、微分控制以及PID控制等。
这些控制算法能够根据系统的特性和要求，对系统的输出进行精确调节和控制。
3. 系统建模：在设计随动系统控制器之前，需要对系统进行建模分析，包括系统的动态特性、传递函数、稳定性等。
通过系统建模可以更好地了解系统的工作原理，为控制器的设计提供参考依据。
4. 稳定性分析：随动系统的稳定性是系统控制的重要指标，稳定的系统能够在外部干扰的情况下保持稳定的输出。
通过稳定性分析可以评估系统的控制性能，避免系统出现不稳定的情况。
5. 实时性要求：随动系统控制原理要求系统能够实时响应外部信号的变化，保持系统的稳定性和准确性。
因此，控制系统的响应速度和实时性是设计控制器时需要考虑的重要因素。
综上所述，随动系统控制原理是一种重要的控制方法，通过合理的控制算法和反馈控制实现系统的自动控制和调节。
掌握随动系统控制原理，能够提高系统的控制性能，实现系统的高效运行和稳定控制。
在实际应用中，随动系统控制原理被广泛应用于各个领域，为工程技术的发展和自动化生产的实现提供了重要的技术支持。
运动控制系统第6章位置随动系统
2）定位精度与速度控制范围 定位精度是评价位置随动系统控制准确度的性能指标。系统最终定 位点与指令目标值间的静止误差定义为系统的定位精度。 位置伺服系统，应当能对位置输入指令输入的最小设定单位（1脉 冲当量），作出相应的响应。为了实现这一目标，一是要采用分辨 率足够高的位置检测器，二是要求系统的速度单元具有足够宽的调 速范围，也就是说速度单元要有较好的低速运行性能。 图6-3为速度控制单元的输入输出特性
2. 交流伺服电动机
在现代伺服系统中，更多的采用交流伺服电动机。交流伺服电动机可 以是异步电动机或者永磁同步电动机。
交流异步伺服电动机有下述特点：
1）采用二相结构，电动机定子上布置有空间相差90º电角度的二相绕组， 一相称励磁绕组，一相称控制绕组，分别施加相位差90º的交流电压；
2）励磁绕组电压不变控制绕组电压为零时，旋转磁场变成了静止脉动磁 场，电动机立即停止转动，克服了普通异步电动机失电时的“自转”现象， 符合机床的要求；
6.2.4 数控机床的轨迹控制原理及其实现
1. 数控插补概述 以数控机床为例，其控制的目标是被加工的曲线或曲面，在加工过程
中要随时根据图纸参数求解刀具的运动轨迹，其计算的实时性有时难 以满足加工速度的需求。因此实际工程中采用的方法是预先通过手工 或自动编程，将刀具的连续运动轨迹分成若干段，而在执行程序的过 程中实时地将这些轨迹段用指定的具有快速算法的直线、圆弧或其它 标准曲线予以逼近。 插补是一个实时进行的数据密化过程。轨迹插补与坐标轴位置伺服是 数控机床的二个主要环节。 插补必须实时完成，因此除了要保证插补运算的精度外,还要求算法简 单。一般采用迭代算法。 就目前普遍应用的算法而言，可以分为两大类：脉冲增量插补，数据 采样插补。
随动控制名词解释
随动控制名词解释随动控制(Adaptive Control)是一种在系统受到外部干扰或变化时,能够自动调整控制器输出以实现最佳控制效果的控制方法。
在工业生产、自动化控制、飞行器、汽车、船舶、医疗设备等领域中都有广泛的应用。
随动控制的核心思想是将控制器的输出与系统的动态特性分离,通过对系统的动态特性进行分析和建模,使控制器的输出能够随着系统的动态特性的变化而自动调整。
在系统受到外部干扰或变化时,控制器会根据系统的特性和外部干扰的性质,自适应地调整输出,使得系统的稳定性、精度和响应速度得到提高。
随动控制可以分为三种类型:状态估计随动控制、模型预测随动控制和自适应矩估计随动控制。
状态估计随动控制是基于当前状态进行预测,根据预测值和期望值之间的差异进行控制。
模型预测随动控制是基于系统模型进行预测,根据预测值和实际值之间的差异进行控制。
自适应矩估计随动控制是基于系统模型和观测值进行矩估计,根据矩估计值和期望值之间的差异进行控制。
随动控制可以应用于多种领域,例如:1. 工业生产中的温度控制系统,如空调、工业炉、洗衣机等,通过调整控制器的输出,实现温度的稳定性和精度。
2. 自动化控制中的信号控制系统,如电机控制器、自动化生产线,通过调整控制器的输出,实现运动的精确性和稳定性。
3. 飞行器的控制中,如飞行器的姿态控制系统、飞行控制系统,通过调整控制器的输出,实现飞行器的稳定飞行和精确着陆。
4. 汽车的控制中,如汽车的制动系统、转向系统,通过调整控制器的输出,实现车辆的稳定控制和精准转向。
5. 船舶的控制中,如船舶的导航系统、舵机控制系统,通过调整控制器的输出,实现船舶的稳定航行和精准转向。
随动控制是一种自适应的控制方法,能够根据系统的特性和外部干扰的变化,自动调整控制器的输出,实现最佳的控制效果。
随着技术的不断发展,随动控制的应用前景越来越广阔。
位置随动系统
位置随动系统位置随动系统的被控制量（输出量）是负载机械空间位置的线位移或角位移，当位置给定量（输入量）作任意变化时，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化。
顾名思义，位置随动系统是一个带位置反馈的自动控制系统，但这只是狭义的随动系统。
广义的随动系统输出量不一定是位置，也可以是其它物理量。
随动系统的另一个名称：“伺服系统”也体现了这个共性，伺服（Servo）一词意味着“伺候”和“服从”，具有意译和音译的双重意义。
位置随动系统的组成(1) 位置传感器(2) 电压比较放大器（A）(3) 电力电子变换器（UPE）(4) 伺服电机（SM）(5) 减速器与负载以上五个部分是各种位置随动系统都有的，在不同情况下，由于具体条件和性能要求的不同，所采用的具体元件、装置和控制方案可能有较大的差异。
位置随动系统的特征及其与调速系统的比较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) 必须有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。
位置随动系统和调速系统一样，都是反馈控制系统，即通过对输出量和给定量的比较，组成闭环控制，两者的控制原理是相同的。
它们的主要区别在于，调速系统的给定量一经设定，即保持恒值，系统的主要作用是保证稳定和抵抗扰动；而位置随动系统的给定量是随机变化的，要求输出量准确跟随给定量的变化，系统在保证稳定的基础上，更突出需要快速响应。
总起来看，稳态精度和动态稳定性是两种系统都必须具备的，但在动态性能中，调速系统多强调抗扰性，而位置随动系统则更强调快速跟随性能。
位置传感器精确而可靠地发出位置给定信号并检测被控对象的位置是位置随动系统工作良好的基本保证。
位置传感器将具体的直线或转角位移转换成模拟的或数字的电量，再通过信号处理电路或算法，形成与控制器输入量相匹配的位置误差信号。
伺服系统
台达ASDA-B系列伺服驱动器介绍：
端子记号 R 、S 、 T U、V、W
名称 主控回路电源输入端 电机连接线
P、D、C
接地端
回生电阻端
两处 连接上位控制器 编码器连接器 通讯连接器（个人电脑）
CN1
CN2 CN3
ASDA-B驱动器模式设置
模式名称
位置模式
模式代号
P
模式码
00
说明
驱动器接受位置命令 ，位置命令有端子台 输入型号形态为脉冲 。 驱动器接受速度命令 ，速度命令有内部寄 存器提供也可外部端 子输入仿真电压（10~+10) 驱动器接受速度命令 ，速度命令仅有内部 寄存器提供。 驱动器受转矩命令， 转矩命令有内部寄存 器提供或有外部端子 输入仿真电压（10~+10)。
2位置控制： 位置控制一般是通过外部输入的脉冲的频率来 确定转速的大小，通过脉冲的个数来确定转的动 的角度。一般应用与定位控制例如数控机床印刷 机械等。 3速度控制： 通过模拟量的输入或直接对寄存器赋值都可以 进行转动速度的控制。
伺服驱动器结构：
主电路： 主电路的结构是采用交-直-交结构与变频器类 似主电路中滤波电路后的发光二极管为电源指示 需注意当外部电源断开时由于滤波器电容给它放 电所以仍能发光故使用伺服驱动器时等指示灯灭 时在接线。
一、伺服系统
伺服系统又称随动系统，是用来精确地跟随或
复现某个过程的反馈控制系统。伺服系统使物体的
位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标 （或给定值）的任意变化的自动控制系统。它的主 要任务是按控制命令的要求、对功率进行放大、变 换与调控等处理，使驱动装置输出的力矩、速度和
位置控制非常灵活方便。
永磁同步交流伺服电机结构： 永磁同步交流伺服电机 由定子、转子和编码器构成。
经典随动控制系统
经典控制系统——随动控制系统设计1，概述控制技术的发展使随动系统广泛地应用于军事工业和民用工业，随动系统是一种带反馈控制的动态系统。
在这种系统中输出量一般是机械量，例如：位移，速度或者加速度等等。
反馈装置将输出量变换成与输入量相同的信号，然后进行比较得出偏差。
系统是按照偏差的性质进行控制的，控制的结果是减少或消除偏差，使系统的输出量准确地跟踪或复现输入量的变化。
系统中的给定量和被控制量一样都是位移（或代表位移的电量），可以是角位移，也可以是直线位移。
根据位置给定信号和位置反馈反馈信号以及两个信号的综合比较来分类，可分成模拟式随动系统和数字式随动系统。
由于随动系统的输出量是一种机械量，故其输出常常以机械轴的运动形式表示出来。
该机械轴称为输出轴。
通常输出轴带动较大的机械负荷而运动，在随动系统中，如果被控量是机械位置或其导数时，这类系统称之为伺服系统。
位置随动系统的应用例子如:(1)机械加工过程中机床的定位控制和加工轨迹控制是位置随动系统的典型实例(2)冶金工业中轧刚机压下装置以及其它辅助设备的控制在轧制钢材的过程中，必须使上、下轧辊之间的距离能按工艺要求自动调整；焊接有缝钢管或钢板；要求焊机头能准确地对正焊缝的控制。
(3)仪表工业中各种记录仪的笔架控制，如温度记录仪、计算机外部设备中的x-y记录仪，各种绘图机以及计算机磁盘驱动器的磁头定位控制。
(4)制造大规模集成电路所需要的制图机、分布重复照相机和光刻机，机器人或机械手的动作控制等。
(5)火炮群跟踪雷达天线或电子望远镜瞄准目标的控制:舰船上的自动探舱装置使位于船体尾部的舱叶的偏角模仿复制位于驾驶室的操作手轮的偏转角,以便按照航向要求来操纵船舶的航向:陀螺仪惯性导航系统,各类飞行器的姿态控制等,也都是位置随动系统的具体应用。
2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。
随动控制系统的定义
随动控制系统的定义一、引言随动控制系统是一种基于反馈原理和自动调节机制的控制系统，它能根据被控对象的状态和环境变化，实时调整控制器的输出，以实现对被控对象的精确控制。
在工业、军事、航天等领域都有广泛的应用。
二、随动控制系统的特点随动控制系统具备以下几个特点：1. 实时性随动控制系统需要实时获取被控对象的反馈信息，并根据反馈信息进行实时调整控制器的输出。
这要求系统具备较高的响应速度和计算能力。
2. 精确性随动控制系统的目标是实现对被控对象的精确控制。
它需要具备较高的控制精度，并能够应对各种干扰和误差，保证控制效果的稳定性和准确性。
3. 自适应性随动控制系统要能够自适应不同的工作环境和参数变化。
它需要能够根据环境的变化自动调节控制策略和参数，以实现最佳控制效果。
4. 鲁棒性随动控制系统需要具备较好的鲁棒性，即对被控对象参数变化、干扰和噪声等因素的鲁棒性。
它需要能够在各种不确定因素的影响下依然能够保持较好的控制性能。
三、随动控制系统的组成随动控制系统由以下几个主要组成部分构成：传感器用于将被控对象的状态转换为电信号或数字信号，以便输入到控制器进行处理。
传感器的选择和性能直接影响到系统对被控对象状态的感知精度。
2. 控制器控制器是随动控制系统的核心部分，它根据传感器提供的反馈信息和设定的控制目标，计算出控制信号，通过执行机构对被控对象进行控制。
3. 执行机构执行机构接收控制器的控制信号，并将其转化为机械运动或其他形式的控制行为，对被控对象进行实际控制。
4. 反馈回路反馈回路将执行机构输出的控制效果反馈给控制器，用于系统对控制器输出进行实时调节，以实现对被控对象的精确控制。
5. 通信接口通信接口用于传输反馈信息、控制信号和其他辅助信息。
它可以是有线或无线的方式，如串口、以太网、无线电等。
四、随动控制系统的应用随动控制系统广泛应用于各个领域，特别是在以下几个方面具有重要应用价值：1. 工业自动化随动控制系统在工业自动化领域中被广泛应用，如机器人控制、智能制造、自动化生产线等。
经典随动控制系统
经典控制系统——随动控制系统设计1，概述控制技术的发展使随动系统广泛地应用于军事工业和民用工业，随动系统是一种带反馈控制的动态系统。
在这种系统中输出量一般是机械量，例如：位移，速度或者加速度等等。
反馈装置将输出量变换成与输入量相同的信号，然后进行比较得出偏差。
系统是按照偏差的性质进行控制的，控制的结果是减少或消除偏差，使系统的输出量准确地跟踪或复现输入量的变化。
系统中的给定量和被控制量一样都是位移（或代表位移的电量），可以是角位移，也可以是直线位移。
根据位置给定信号和位置反馈反馈信号以及两个信号的综合比较来分类，可分成模拟式随动系统和数字式随动系统。
由于随动系统的输出量是一种机械量，故其输出常常以机械轴的运动形式表示出来。
该机械轴称为输出轴。
通常输出轴带动较大的机械负荷而运动，在随动系统中，如果被控量是机械位置或其导数时，这类系统称之为伺服系统。
位置随动系统的应用例子如:(1)机械加工过程中机床的定位控制和加工轨迹控制是位置随动系统的典型实例(2)冶金工业中轧刚机压下装置以及其它辅助设备的控制在轧制钢材的过程中，必须使上、下轧辊之间的距离能按工艺要求自动调整；焊接有缝钢管或钢板；要求焊机头能准确地对正焊缝的控制。
(3)仪表工业中各种记录仪的笔架控制，如温度记录仪、计算机外部设备中的x-y记录仪，各种绘图机以及计算机磁盘驱动器的磁头定位控制。
(4)制造大规模集成电路所需要的制图机、分布重复照相机和光刻机，机器人或机械手的动作控制等。
(5)火炮群跟踪雷达天线或电子望远镜瞄准目标的控制:舰船上的自动探舱装置使位于船体尾部的舱叶的偏角模仿复制位于驾驶室的操作手轮的偏转角,以便按照航向要求来操纵船舶的航向:陀螺仪惯性导航系统,各类飞行器的姿态控制等,也都是位置随动系统的具体应用。
2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。
随动系统控制原理
随动系统控制原理全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：随动系统控制原理是控制工程领域最基础、最重要的内容之一，随动系统是一种使用反馈机制的动态控制系统，在自动控制系统中有着广泛的应用。
它可以自动地对系统的输出信号与期望的目标信号进行比较，并根据误差的大小和方向来调整控制输入，使系统实现稳定的控制。
随动系统的设计和调整是控制工程师必须掌握的基本技能之一。
随动系统的控制原理是建立在控制系统理论的基础上的，控制系统理论是研究如何设计和实现系统在给定时间内达到特定输出的方法和技术。
在实际工程应用中，随动系统控制原理被广泛应用于飞行控制、导弹制导、工业生产、机器人控制等领域。
随动系统的核心是反馈控制，反馈控制是一种自动控制系统的设计方法，通过将系统的输出信号反馈到控制器中，根据反馈信号来调整控制输入，使系统能够更好地适应外部环境的变化和内部干扰的影响。
在随动系统中，反馈控制可以有效地减小系统误差，提高系统的稳定性、鲁棒性和鲁棒性。
随动系统控制原理的关键是设计合适的控制器，控制器是控制系统中最重要的组成部分之一，控制器的设计直接决定了系统的性能和稳定性。
常见的控制器包括比例积分微分PID控制器、模糊控制器、神经网络控制器等。
不同类型的控制器适用于不同的控制对象和控制要求，控制工程师需要根据实际情况选择合适的控制器。
随动系统的控制原理还涉及到系统模型的建立和参数辨识，系统模型是描述系统行为的数学模型，通过系统模型可以分析系统的动态特性和稳定性。
参数辨识是确定系统模型中未知参数的过程，是随动系统控制设计的基础。
控制工程师需要对系统的动态特性和稳定性进行深入了解，并通过系统实验和仿真来验证和优化设计方案。
随动系统控制原理还包括系统性能指标的评价和优化，系统性能指标是评价控制系统性能的重要指标，包括稳态误差、过渡过程、抗干扰能力、抗噪声能力等。
控制工程师需要根据系统性能指标来评价和优化控制系统设计，使系统能够更好地满足实际应用的要求。
随动系统控制原理-概述说明以及解释
随动系统控制原理-概述说明以及解释1.引言1.1 概述随动系统是一种可以根据外界变化自动调整其输出以实现特定目标的系统。
它根据传感器获得的反馈信号来调整自身的操作，使其能够实时响应和适应环境的变化。
随动系统的控制原理是这种系统能够实现自动调节的基础，它涉及传感器、执行器、控制算法等多个方面。
随动系统的控制原理的核心思想是通过不断收集来自传感器的信息，并运用控制算法实时地对系统进行调节，以使系统的输出能够达到预期的目标。
控制原理需要建立良好的反馈闭环，在实时监测和调整的过程中保持系统的稳定性和可靠性。
随动系统的控制原理与传统的开环控制系统相比具有很大的优势。
传统的开环控制系统仅仅根据输入信号进行运算，无法根据系统的实际输出进行调节，容易受到外界干扰的影响。
而随动系统利用反馈信号实时调整操作，能够更好地适应外界的变化，并且具有较高的鲁棒性和可靠性。
在实际应用中，随动系统的控制原理可以广泛应用于各种领域，例如飞行器的飞行控制、机器人的运动控制、医疗设备的工作调节等。
通过精确的控制原理，随动系统可以实现自主导航、自动追踪和自动调节等功能，提高系统的性能和效率。
本文将重点介绍随动系统的控制原理，包括随动系统的基本概念、控制原理的关键要素和算法、控制系统的设计与实现等方面内容。
通过深入了解和掌握随动系统的控制原理，读者可以更好地理解和应用随动系统，为实际工程和科研提供有力的支持。
1.2 文章结构文章结构部分的内容可以如下编写：文章结构：本文分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分主要对随动系统控制原理的概述、文章结构和目的进行介绍。
正文部分包括随动系统的基本概念和随动系统的控制原理两个小节。
在随动系统的基本概念部分，将介绍随动系统的定义、特点和应用领域。
在随动系统的控制原理部分，将详细讲解随动系统的控制原理、工作原理以及相关的数学模型和算法。
通过对随动系统的控制原理的系统分析和阐述，读者将能够深入了解随动系统的运作机制和控制方法。
随动系统
l ab 311.gf kd .mt n经典控制系统——随动控制系统设计1 概述控制技术的发展使随动系统广泛地应用于军事工业和民用工业随动系统是一种带反馈控制的动态系统在这种系统中输出量一般是机械量例如位移速度或者加速度等等反馈装置将输出量变换成与输入量相同的信号然后进行比较得出偏差系统是按照偏差的性质进行控制的控制的结果是减少或消除偏差使系统的输出量准确地跟踪或复现输入量的变化系统中的给定量和被控制量一样都是位移或代表位移的电量可以是角位移也可以是直线位移根据位置给定信号和位置反馈反馈信号以及两个信号的综合比较来分类可分成模拟式随动系统和数字式随动系统由于随动系统的输出量是一种机械量故其输出常常以机械轴的运动形式表示出来该机械轴称为输出轴通常输出轴带动较大的机械负荷而运动在随动系统中如果被控量是机械位置或其导数时这类系统称之为伺服系统位置随动系统的应用例子如1机械加工过程中机床的定位控制和加工轨迹控制是位置随动系统的典型实例2冶金工业中轧刚机压下装置以及其它辅助设备的控制在轧制钢材的过程中必须使上下轧辊之间的距离能按工艺要求自动调整焊接有缝钢管或钢板要求焊机头能准确地对正焊缝的控制3仪表工业中各种记录仪的笔架控制如温度记录仪计算机外部设备中的x-y记录仪各种绘图机以及计算机磁盘驱动器的磁头定位控制4制造大规模集成电路所需要的制图机分布重复照相机和光刻机机器人或机械手的动作控制等5火炮群跟踪雷达天线或电子望远镜瞄准目标的控制舰船上的自动探舱装置使位于船体尾部的舱叶的偏角模仿复制位于驾驶室的操作手轮的偏转角以便按照航向要求来操纵船舶的航向陀螺仪惯性导航系统各类飞行器的姿态控制等也都是位置随动系统的具体应用2 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原理框图可描述如图1所示 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l ab 311.gf kd .mt n化这种现象就称为随动图1 位置随动系统原理框图随着机电产品及电子元件的不断发展与完善图1中各个环节均可采用多种不同的元器件来实现组成系统的元部件按职能分类主要有以下几种测量元件是用来检测被控制的物理量如果这个物理量是非电量一般要转换为电量如电位器旋转变压器或自整角机用于检测角度转换成电压测速发电机用于检测电动机的速度转换为电压而光电编码器作为位置与角度的检测元件应用在计算机位置控制系统及计算机速度控制系统中放大元件其职能是将偏差信号进行放大用来推动执行电机去控制被控对象可用晶体管晶闸管集成电路等组成的电压放大级和功率放大级将偏差信号放大执行元件其职能是直接推动被控对象使其被控量发生变化用来作为执行元件的有电动机等减速器其职能是实现执行元件与负载之间的匹配由于执行元件常为高转速小转矩的电动机而负载通常均为低转速大转矩所以在执行元件到负载之间需要引入减速器以达到两者之间的匹配减速器通常为一齿轮组典型的随动系统框图如图2所示图2 典型的随动系统框图3 各部件结构与数学模型一测量元件测量元件的种类电位器自整角机旋转变压器光栅多极旋转变压器感应同步器光电码盘等1伺服电位器最常用的伺服电位器是接触式电阻变换器或称为电阻式位移变换器它是在输入位移的作用下改变接入电路中的固定电阻即改变其电阻值的大小实际应用中通常将两个电位器并联构成桥式电路用以测量系统位移误差的大小如图3所示电位器的滑动端固定在转轴上其中和指令轴相联的称为发送电位器RPT 和输出轴相联的称为接收电位器RPR 两滑动端之间的电压U rp 与输入位移输出位移之差成正比供电电压Us 可为直流也可以是交流视具体情况确定电位器用于测量角位移时是转动式的当用于测量直线位移时则采图3 用电位器测量系统位移误差l ab 311.gf kd .mt n用直线位移式伺服电位器作位置检测元件线路简单惯性小消耗功率小所需电源简单且价格便宜使用方便缺点是位移范围有限测量精度不高容易磨损而造成接触不良且寿命短所以一般电位器只适用于测量精度要求不高位移范围有限的系统中2控制式自整角机自整角机或旋转变压器作为随动系统的测量元件通常是成对使用的控制式自整角机工作原理如图4图4中左边为自整角机发送机右边为自整角机接收机发送机的转子绕组接交流激磁电压U j 称激磁绕组接收机的转子绕组输出电压称为输出绕组发送机激磁绕组对定子D 1相的夹角用θ1表示接收机输出绕组对定子D 1’相的夹角用θ2表示θ1θ2就是发送机接收机激磁绕组轴线的夹角差值经推导后可得出输出绕组中产生的感应电势的有效值为E 2=E 2max cos δ式中δ=θ1θ2 通常把δ= 90°的位置作为协调位置偏离此位置的角度为失调角γ即δ=90°γ故E 2=E 2max cos δ= E 2max sin γ当接收机输出绕组接上交流放大器时可认为输出绕组电压U 2=U 2max sin γ在γ角很小时sin γ=γU 2=U 2max γ 3旋转变压器旋转变压器如图5所示其原理和自整角机类似一般来说角差的转换精度比自整角机高二交流放大器交流放大器是由基本运算放大器和反馈网络等组成因有电容的隔直作用可降低漂移及噪声交流放大器的线路图如图6其中的电容C 起隔直作用稳压管W 1W 2 用来限制输出信号主要目的是为了保护交放电路交流放大器的输入U sr 旋转变压器的角差信号通过耦合变压器输出到交流放大器的输入端交流放大器的输出U sc 解调环节的输入信号交流放大器的放大倍数为131R R K = 交流放大器的放大倍数是确定的为使系统工作于线性区应使输入电压较小 图4 自整角机图5 旋转变压器图6 交流放大器l ab 311.gf kd .mt n三解调环节在随动系统中误差敏感元件的输出信号是交流信号而我们以前分析研究的校正网络指在直流情况下进行的所以在系统中必须引入一个交流信号变为直流信号的环节——解调环节线路图如图7所示晶体管T 1T 2 对接是为了减少残余电压饱和时抵消饱和压降截止时抵消反向电流晶体管T 1T 2 作为开关截止时断开饱和时导通π型滤波电路用于减少输出的脉动成份工作原理U t 上正下负V be 反偏T 1T 2 截止U sr 不能通过U t 上负下正V be 正偏又因为U sr <<U t 集电极正偏T 1T 2 饱和导通T 1T 2 相当于接的开关U sr 通过对输入信号和解调信号的要求a)输入信号和解调信号同频率b)相位差0°或180°当同相时输出电压为正半周直流电压的极性为正当反相时输出电压为负半周直流电压的极性为负从输入端看进去解调环节的等效电路如图8所示其中R 2为后级电路的等效输入阻抗由等效电路可得解调滤波环节的传递函数为s T K V V s s s o +=1 其中221122)//(,C R R T R R R K s s =+=可见它是一个一阶惯性环节解调滤波电路的形式很多可以用类似的方法求出它们对应的传递函数四脉宽调制脉宽调制PWM 变换器是是一个电压脉冲变换装置其输出的PWM 波形信号经过功率放大便可以驱动直流电机实现调速控制线路图如图9U 为三角波发生器输出的信号U s 为控制器输出的直流控制电压波形图如图10所示U s =0U sc 的正负半波脉宽相等输出平均电压为零参见图10 (a)此信号经功率放大后电机不会转U s >0U sc 的正半波宽度>负半波宽度参见图10 (b)此信号经功率放大后电机正转U s <0U sc 的正半波宽度<负半波宽度参见图10 (c)此信号经功率放大后电机反转 U sc 的脉冲宽度正比于U s 实现了电压—脉冲的转换在三角波不包含直流成分时输出的线性度非常高采用PWM 控制电机速度的随动系统中由于开关频率高靠电枢的滤波作用可消除脉冲交流对直流电机的影响其开关频率f 应高于调速系统的最高工作频率通频带f c 一般希望f 10f c 同时还应当高于系统中所有回路的谐振频率以防引起共振但其上限受晶体管开关损耗和开关时间的限制一般选2000Hz 左右 图7 解调环节图8 解调环节的等效电路图9 脉宽调制l ab 311.gf kd .mt n图10 脉宽调制的波形五直流放大器和功率放大器直流放大器是为了满足静态及动态的性能指标需要改变系统增益系数K 而设定的直流放大器由基本运放电路和反馈网络组成且增益系数可调在线性工作区可将其看作一比例环节功率放大器在线性工作区同样是一比例环节六执行电机执行电机有很多种应根据系统类型功率外形等要求进行合理选择图11是直流电机的原理图L a 很小可以忽略电机的传递函数为1)()(+=Ωs T K s U s m m a式中Ω为电机转速K m 是电机增益常数T m 是电机时间常数若以角度θ为输出电机方框图为图12 电机方框图七校正环节1串联超前校正超前校正图13左边为无源校正网络右边为有源校正网络13 超前校正网络对有源校正其传递函数为AC 1R 1R 2U scU srC 1R 1R 2U scU sr()()11+=s T K s G p c 111C R T =12R R K p −=图11 控制电枢式直流电机l ab 311.gf kd .mt n对无源网络其传递函数为()11111++=s T s T s G ii c αα其中 1221>+=R R R i α111C R T =若1T i >>α则()()111+≈s T s G icα2串联滞后校正滞后校正图14左边为无源校正网络右边为有源校正网络14 超前校正网络有源滞后网络的传递函数为()()()⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+=+==s T K s T T s s T s U s U s G p sr sc c 222211111ττ 其中12R R K p −=21C R =τ222C R T = 无源滞后网络的传递函数为()()()()()112212++===s T s T s X s X s U s U s G j sr sc c α 其中221R R R j +=α222C R T =3并联校正a 速度校正进行并联的速度校正可以提高电机的响应速度且不会影响闭环系统的极点 输入转角θ(t)输出电压U sc (t)如图15所示传递函数c sc c K s s U s G ==)()()(θK c 为发电机系数 为了使测速电机的输出电压可调常常通过一个电位器进行分压再输出AC 2R 1R 2U scU srC 2R 1R 2U scU sr图15 速度校正图16 速度校正l ab 311.gfkd .mt nRRK s s U s G c sc c 1)()()(=′=θ b 速度—微分校正如图16所示传递函数1)(2+=s T s T K s G c c c c 式中参数K c T c 由环节本身的结构参数所决定4 小功率随动系统设计采用旋转电位器作为测量元件直流电机作为执行元件质量不大的飞轮作为负载构成一个小功率的随动系统根据性能指标要求设计合理的校正网络调试完成满足要求的随动系统如图17为小功率随动系统实验装置包括“Lab311控制系统实验箱”和“控制系统实验台”图17 小功率随动系统实验装置一设计任务与要求1 根据给定的元部件和有关装置设计一套闭环控制的角度随动系统2 对系统的有关参数进行测试3 设计出合理的校正网络在系统中加以实现使得校正后的系统满足σ%≤20%t s ≤1s 并具有较大的静刚度和工作范围4 写出详细的技术报告包括以下内容a 主要任务b 设计构思元部件使用电路系统工作原理c 参数测定与处理d 开环传递函数的确定校正方法及实现e 校正前后系统性能的理论分析f 心得体会及遗留问题二元部件的技术性能与参数测定1 WDD35精密导电塑料电位器WDD35系列电位器具备连续旋转功能常在显示记录仪表中使用其滑动端与导电塑接收电位器直流电机测速电机飞轮发送电位器l ab 311.gfkd .mt n料接触实现角度电压的变换如图18为WDD35D-1型电位器外形旋转电位器在随动系统中完成角度电压变换是一个比例环节其系数Kr 可由测得的旋转角度输出电压拟合曲线的斜率求出表5-1 WDD35D-1型电位器主要技术指标 标准阻值K Ω 1 启动力矩(mN.m) ≤1 电阻公差(%) ±15 介质耐压(V) 500AC.RMS min 独立线性度(%) 0.5 绝缘电阻 M Ω≥1000500VDC理论电旋转角 345±2(°) 分辨力 理论上无限 输出平滑性(%) ≥0.05 额定功耗2W at 70 0W at 125旋转负荷寿命圈 50×106400r /min,每隔15min反转 输出平滑性变化≤50对标准值 独立线性度变化≤50对标准值电阻温度系数 ≤±400ppm/ 耐湿 90RH240h电阻变化≤10工作温度范围 -55 - +125()振动 振幅1.52mm 或加速度15g 频率10-200Hz 电阻变化≤±2 机械转角(°)360(连续)冲击50g 11ms 电阻变化≤±22 直流力矩电机执行部件为SYL-5永磁式直流力矩电动机连续堵转力矩M f =0.49N·m 连续堵转电流1.8A 连续堵转电压U f =20V 空载转速n omax =500r/min 静摩擦力矩0.098 N·mT m 的确定方法用频率特性测试仪获得电机的幅频曲线进行直线拟合转折频率即为1/T m K m 的确定方法用转速表测得转速n 与U sr 的关系则K m =n /U sr 为测量准确应选择不同的U sr 进行多次测量取平均值关于实验台中的飞轮负载可以与电机联接在一起看成一个整体进行上述参数的测量3 测速电机测速元件为CYD-1永磁式直流测速发电机U n =0.1v/r·min r L =23Ωn max =400r/min 测速电机作为测速元件工作在发电机状态与电机输出轴进行机械相联它的时间常数必须很小这样其惯量对被测系统的影响可以忽略不计因此测速电机也可以看作一个比例环节其比例系数K’m 可由测得的旋转速度输出电压拟合曲线的斜率求出在计算过程中需注意所有的参数和系数都有各自的单位为了不发生错误相关的参数应采用一致的度量在这里角位移用弧度表示时间用秒表示因而转速的单位“转/分”应化为“弧度/秒”三系统框图小功率随动系统的结构框图如图19所示图18 WDD35D-1型电位器l ab 311.gf kd .mt n图19 小功率随动系统结构图其中K r1K r2分别是发送接收电位器的比例系数K i 为功率放大器的系数G c s 为校正环节请读者自行分析上述模型的稳态特性并在此基础上确定校正方法四几个注意问题1 实验调试过程中要注意反馈的极性尤其对于非电信号的环节判断起来比较困难当系统出现振荡现象时首先应检查是否接成了正反馈2 注意运放必须工作在线性区防止输入信号过大出现饱和3 旋转电位器虽然能连续旋转但电旋转角只有340°左右其余20°左右的区域滑动端无信号输出4 实验过程中应充分利用三用表或示波器等仪器来检查测量和调整控制信号以及检查控制元件是否正常5 调试完成的系统的实测性能和理论值有偏差这主要是由于设计过程中没有考虑到的非线性因素元器件精度等原因造成。
随动控制系统的例子
随动控制系统的例子
1. 你知道空调温度自动调节系统吗？这就是随动控制系统的一个典型例子呀！它就像是一个贴心的小助手，时刻感知着室内温度的变化，然后自动调整，让你始终处在舒适的环境中，多棒啊！
2. 汽车的自动驾驶系统不也是嘛！它可以根据路况自动控制速度和方向，这不就像有个经验丰富的老司机在帮你开车一样吗？这随动控制系统可真厉害！
3. 还有那舞台灯光的控制系统呀！它根据节目需要随时变化灯光效果，就如同魔法一般，给观众带来无与伦比的视觉享受，这可真是随动控制系统的神奇之处呢！
4. 想想看，电饭煲的自动保温功能也是呀！当饭煮好后，它能自动保持适宜的温度，是不是就像有个细心的人在照顾你的饮食呢，这可多亏了随动控制系统呢！
5. 咱们常用的智能洗衣机也有它呢！可以根据衣物的重量和脏污程度自动调整洗涤时间和强度，这不就如同有个专业的洗衣师傅在帮你打理衣服嘛，随动控制系统真牛！
6. 游乐园里的那些游乐设施的控制系统也是哦！能够根据设定自动运行，给游客带来刺激和欢乐，简直就像为大家创造快乐的精灵，随动控制系统太有意思啦！
7. 家里的智能窗帘系统也是随动控制系统呀！它可以根据光线自动开合，哎呀，就像个聪明的小精灵在帮你管理窗帘一样呢，真让人喜欢！
8. 工业生产中的一些自动控制系统也是呢，它们精准地控制着各种参数，使得生产高效又稳定，这不就是随动控制系统在默默贡献力量嘛！总之，随动控制系统真是无处不在，给我们的生活带来了太多的便利和惊喜！。
随动控制系统概念
随动控制系统概念
随动控制系统是一种自动控制系统，其输入信号是一个随时间变化的目标函数（或称为给定函数），控制器的任务是使系统的输出量尽快地跟踪这个目标函数。
随动控制系统在工业、军事等领域有着广泛的应用，例如雷达天线跟踪系统、导弹制导系统等。
随动控制系统的特点可以概括为以下几点：
1. 系统具有良好的跟踪性能，能够快速准确地跟随目标函数的变化。
2. 系统具有较高的稳定性和鲁棒性，能够应对各种干扰和不确定性。
3. 系统的输出量能够精确地复现目标函数的变化，具有良好的跟随性能和相位滞后的补偿能力。
4. 系统具有较强的抗噪声能力，能够在高噪声环境下正常工作。
5. 系统的设计方法和算法简单易行，能够满足实时性的要求。
随动控制系统的基本结构包括控制器、执行器、被控对象和反馈环节等。
其中，控制器是系统的核心部件，负责接收系统的输入信号，并将其转化为控制信号输出给执行器。
执行器负责将控制信号转化为机械动作或电子信号，实现对被控对象的控制。
反馈环节负责将被控对象的输出信号反馈给控制器，以便控制器调整控制信号，使系统能够更好地跟踪目标函数。
随动控制系统在设计和应用中需要考虑的因素包括系统稳定性、动态响应性能、误差容限等。
为了满足这些要求，通常需要采用一些先进的技术和算法，如智能控制、神经网络等。
此外，为了提高系统的性能和可靠性，还需要进行充分的系统测试和验证，以确保系统能够在各种情况下稳定运行并达到预期的性能指标。
液压伺服控制系统
当液压缸运动速度降低时，调节过程相反。
1.2 伺服阀
1.2.1液压伺服阀
1.滑阀 根据滑阀的工作边数不同，有单边滑阀、双边滑阀和四边滑阀。
其中，四边滑阀有四个可控节流口，控制性能最好；双边滑阀有两 个可控节流口，控制性能一般；单边滑阀有一个可控节流口，控制 性能最差。四边滑阀性能虽好，但结构工艺复杂，生产成本较高； 单边滑阀容易加工，生产成本较低。
图10.6-10.8分别为单边滑阀，双边滑阀和四边滑阀控制液压 缸的原理图。
四边滑阀在平衡状态下，根据初始开口量的不同，有负开口 （图10.9（a））、零开口（图10.9（b））和正开口（图10.9 （c））之分。
2.喷嘴挡板阀 如图1.10所示为双喷嘴挡板阀由两个单喷嘴挡板阀组成，可
以控制双作用液压缸。它由挡板、左右喷嘴、固定节流孔组成。 挡板与左右喷嘴的环形面积形成两个可变节流孔，分别为δ1和δ2， 挡板绕轴旋转，可以改变两个可变节流孔的大小。挡板处于图中 所示位置时，即δ1=δ2。此时两节流口的节流阻力相同，使左右 喷嘴的压力相同，即p1= p2，液压缸两腔受力平衡，保持原来位 置不动。
3
1.1.3 液压伺服控制系统的分类
1.按系统输入信号的变化规律分类 液压伺服控制系统按输入信号的变化规律不同可分为：定值控
制系统、程序控制系统和伺服控制系统。 2.按被控物理量的名称分类 按被控物理量的名称不同，可分为：位置伺服控制系统、速度
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经典控制系统——随动控制系统设计1，概述控制技术的发展使随动系统广泛地应用于军事工业和民用工业，随动系统是一种带反馈控制的动态系统。
在这种系统中输出量一般是机械量，例如：位移，速度或者加速度等等。
反馈装置将输出量变换成与输入量相同的信号，然后进行比较得出偏差。
系统是按照偏差的性质进行控制的，控制的结果是减少或消除偏差，使系统的输出量准确地跟踪或复现输入量的变化。
系统中的给定量和被控制量一样都是位移（或代表位移的电量），可以是角位移，也可以是直线位移。
根据位置给定信号和位置反馈反馈信号以及两个信号的综合比较来分类，可分成模拟式随动系统和数字式随动系统。
由于随动系统的输出量是一种机械量，故其输出常常以机械轴的运动形式表示出来。
该机械轴称为输出轴。
通常输出轴带动较大的机械负荷而运动，在随动系统中，如果被控量是机械位置或其导数时，这类系统称之为伺服系统。
位置随动系统的应用例子如:(1)机械加工过程中机床的定位控制和加工轨迹控制是位置随动系统的典型实例(2)冶金工业中轧刚机压下装置以及其它辅助设备的控制在轧制钢材的过程中，必须使上、下轧辊之间的距离能按工艺要求自动调整；焊接有缝钢管或钢板；要求焊机头能准确地对正焊缝的控制。
(3)仪表工业中各种记录仪的笔架控制，如温度记录仪、计算机外部设备中的x-y记录仪，各种绘图机以及计算机磁盘驱动器的磁头定位控制。
(4)制造大规模集成电路所需要的制图机、分布重复照相机和光刻机，机器人或机械手的动作控制等。
(5)火炮群跟踪雷达天线或电子望远镜瞄准目标的控制:舰船上的自动探舱装置使位于船体尾部的舱叶的偏角模仿复制位于驾驶室的操作手轮的偏转角,以便按照航向要求来操纵船舶的航向:陀螺仪惯性导航系统,各类飞行器的姿态控制等,也都是位置随动系统的具体应用。
2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。
原理框图可描述如图1所示。
因为控制存在惯性，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——使被控对象朝着消极误差的方向转动，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。
图1 位置随动控制系统原理框图随着机电产品及电子元件的不断发展与完善，图1中各个环节均可采用多种不同的元器件来实现。
组成系统的元部件按职能分类主要有以下几种。
测量元件：是用来检测被控制的物理量，如果这个物理量是非电量，一般要转换为电量，如电位器、旋转变压器或自整角机用于检测角度转换成电压；测速发电机用于检测电动机的速度转换为电压。
而光电编码器作为位置与角度的检测元件应用在计算机位置控制系统及计算机速度控制系统中。
放大元件：其职能是将偏差信号进行放大，用来推动执行电机去控制被控对象。
可用晶体管、晶闸管、集成电路等组成的电压放大级和功率放大级将偏差信号放大。
执行元件：其职能是直接推动被控对象，使其被控量发生变化。
用来作为执行元件的有电动机等。
减速器：其职能是实现执行元件与负载之间的匹配由于执行元件常为高转速、小转矩的电动机，而负载通常均为低转速、大转矩，所以在执行元件到负载之间需要引入减速器以达到两者之间的匹配，减速器通常为一齿轮组。
典型的随动系统框图如图2所示图2 典型的随动系统框图3 各部件结构与数学模型 一、测量元件测量元件的种类：电位器、自整角机、旋转变压器、光栅、多极、感应同步器、光电码盘等。
(1)伺服电位器最常用的伺服电位器是接触式电阻变换器， 或称为电阻式位移变换器，它是在输入位移 的作用下，改变接入电路中的固定电阻，即 改变其电阻值的大小。
实际测量中通常将两个电位器并联构成桥式电路，用以测量系统位移 图3 用电位器测量系统位移误差 误差的大小，如图3所示。
电位器的滑动端固定在转轴上，其中，和指令轴相联的称为接收电位器RPR 。
两滑动端之间的电压Urp 与输入位移 输出位移之差成正比 供电电压Us 可为直流 也可以是交流 视具体情况确定 电位器用于测量角位移时是转动式的 当用于测量直线位移时则采用直线位移式。
伺服电位器作位置检测元件线路简单，惯性小，消耗功率小，所需电源简单，且价格便宜，使用方便。
缺点是位移范围有限，测量精度不高，容易磨损而造成接触不良，且寿命短。
所以，一般电位器只适用于测量精度要求不高、位移范围的系统中。
（1） 控制式自整角机自整角机或旋转变压器作为随动系统的测量元件，通常是成对使用的。
控制式自整角机工作原理如图4图4 自整角机 图5 旋转变压器图4中左边为自整角机发送机，右边为自整角机接收机。
发送机的转子绕组接交流激磁电压U j，称激磁绕组。
接收机的转子绕组输出电压，称为输出绕组。
发送机激磁绕组对定子D 1相得夹角用表示，接收机输出绕组对定子D 1’相得夹角用θ2表示。
)(21θθ-就是发送机、接收激磁绕组轴线的夹角差值。
经指导后可得出绕组中产生的感应电势的有效值：E 2=E 2max cosδ 式中δ=)(21θθ-通常把δ= 90°的位置作为协调位置，偏离此位置的角度为失调角γ，即δ=90°-γ，故：E 2=E 2max cosδ= E 2max sin γ当接收机输出绕组接上交流放大器时，可认为输出绕组电压U 2=U 2max sin γ在γ角很小时 sinγ=γU 2=U 2max γ（3）旋转变压器旋转变压器如图5所示。
其原理和自整角机类似，一般来说角差的转换精度比自整角机高。
二、交流放大器交流放大器是由基本运算放大器和反馈网络等组成，因由电容的隔离作用，可降低漂移及噪声。
交流放大器的线路图如图6。
其中的电容C 起隔直作用。
稳压管21W W 、用来限制输出信号，主要目的是为了保护交放电路。
交流放大器的放大倍数为：131R RK =交流放大器的放大倍数是确定的，为使系统工作于线性区，应使输入电压较小。
图6 交流放大器 三、调解环节在随动系统中，误差敏感元件的输出信号是交流信号，而我们以前分析研究的校正网络指在直流情况下进行的，所以在系统中必须引入一个交流信号变为直流信号的环节——解调环节。
线路图如图7所示。
晶体管21T T 、对接是为了减少残余电压：饱和时抵消饱和压降，截止时抵消反向电流。
晶体管21T T 、作为开关截止时断开、饱和时导通。
π型滤波电路用于减少输出的脉动成分。
工作原理：上正下负，1U V be 反偏，21T T 、截止，U sr 不能通过。
U t 上负下正，V be 正偏，又因为U sr <<U t ，集电极正偏，21T T 、饱和导通，21T T 、相当于接的开关，U sr 通过。
图7 解调环节对输入信号和解调信号的要求：a)输入信号和解调信号同频率：b)相位差0°或180°。
当同相时，输出电压为正半周，直流电压的极性为正，当反向时，输出电压为负半周，直流电压的极性为负。
从输入端看进去，解调环节的等效电路如图8所示。
其中，R 2为后级电路的等效输入阻抗。
由等效电路可得解调滤波环节的传递函数为： sT K V V s ss +=10 其中，122R R R K s +=，221)//R (C R T s =可见，它是一个一阶段性环节。
解调滤波电路的形式很多，可以用类似的方法求出它们对应的传递函数。
图8 解调环节的等效电路四、脉宽调制脉宽调制（PWM ）变换器是一个电压一脉冲变换装置，其输出的PWM 波形信号经过功率放大便可以驱动直流电机，实现调速控制。
线路图如图9。
∆U 为三角波发生器输出图如图10所示。
图9 脉宽调制U s =0，U sc 的正负半波脉宽相等，输出平均电压为零，参见图10 (a)。
此信号经功率放大后电机不会转。
U s >0，U sc 的正半波宽度>负半波宽度，参见图10(b)。
此信号经功率放大后电机正转。
U s <0，U sc 的正半波宽度<负半波宽度，参见图10(c)。
此信号经功率放大后电机反转。
U sc 的脉冲宽度正比于U s ，实现了电压—脉冲的转换。
在三角波不包含直流成分时，输出的线性度非常高。
采用PWM 控制电机的速度的随动系统中，由于开关频率高，靠电枢的滤波作用，可消除脉冲交流对直流电机的影响。
其开频率f 关应高于调速系统的最高工作频率（通频带）f c ，一般希望f >10 f c ，同事还应当高于系统中所有回路的谐振频率，以防引起共振，供其上限受晶体管开关损耗和开关时间的限制，一般选2000Hz 左右。
图10 脉宽调制的波形五、直流放大器和功率放大器直流放大器是为了满足静态及动态的性能指标，需要改变系统增益系数K 而设定的。
直流放大器由基本运放电路和反馈网络组成，且增益系数可调，在线性工作区可将其看作一比例环节。
功率放大器在线性工作区同样是一比例环节。
六、执行电机执行电机有很多种，应根据系统类型、功率、外形等要求进行合理选择。
图11是直流电机的原理图。
L a 很小，可以忽略，电机的传递函数为：1)()(+=Ωs T K s U s m m a图11 控制电枢式直流电机式中：Ω为电机转速，K m 是电机增益常数，T m 是电机时间常数。
若以角度θ为输出，电机方框图为：图12 电机方框图七、校正环节 （1）串联超前校正超前校正，图13左边为无源校正网络，右边为有源校正网络。
图13 超前校正网络 对有源校正，其传递函数为：)1(1+=s T K G p c 111C R T = 12/R R K p -= 对无源网络，其传递函数为：1s a T 1s T a 1(s )G i11i c++=，其中1221>+=R R R a i，111C R T = (2)串联滞后校正滞后校正，图14左边为无源校正网络，右边为有源校正网络。
图14 超前校正网络 有源滞后网络的传递函数为： ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=+==s T K s T T s s T s U s U s G p sr sc c 222211111)()()(ττ，其中 12R R K p -=，21C R =τ，222C R T = 无源滞后网络的传递函数为： 11)()()()()(2221++===s T a s T s X s X s U s U s G j sr sc c ，其中，221R R R a j +=，222C R T = （2） 并联校正a 、 速度校正进行并联的速度校正，可以提高电机的响应速度，且不会影响闭环系统的极点。