《伺服控制系统课程设计》
交流伺服运动控制系统课程设计
交流伺服运动控制系统课程设计一、引言随着社会的进步和科技的发展，现代化生产中使用的各种机器的自动化控制技术得到了广泛的应用。
在现代化生产线中，伺服控制系统已经成为重要的控制技术之一，这得益于它在许多工业应用中的良好表现。
在这种控制技术中，交流伺服控制比已经得到广泛使用的直流伺服控制更具有优越性。
本课程设计旨在为学生提供交流伺服运动控制系统设计的实践应用，实现控制系统的建模、仿真、编程实现和调试，从中掌握实践技能，培养学生模拟设计的能力，使他们能够扎实地掌握交流伺服运动控制系统设计技术。
二、课程内容2.1 实验一：交流伺服系统建模在本实验中，学生将从基本原理开始，了解交流伺服系统的工作原理，并掌握该系统的数学建模方法。
实验将使用MATLAB/Simulink进行建模和仿真，并通过优化调节控制参数以实现系统稳态性能的优化。
实验目的：1.熟悉交流伺服系统工作原理；2.掌握交流伺服系统的数学建模方法；3.通过MATLAB/Simulink软件实现交流伺服系统的建模和仿真；4.了解优化调节控制参数的方法，以实现系统稳态性能的优化。
实验步骤：1.了解交流伺服系统的工作原理和电路结构；2.掌握交流伺服系统的数学建模方法；3.使用MATLAB/Simulink进行建模和仿真；4.调整控制参数以实现系统稳态性能的优化。
2.2 实验二：交流伺服系统控制在本实验中，学生将通过控制器的设计，实现交流伺服系统的速度和位置控制等功能，并实现控制参数的设计与调试。
实验目的：1.掌握交流伺服系统的控制原理；2.了解交流伺服系统各种控制方式的基本思想和特点；3.实现交流伺服系统的控制器设计和参数调试；4.掌握设计和调试伺服系统的方法。
实验步骤：1.确定交流伺服系统的控制模式；2.推导出控制器的数学模型；3.实现控制器的设计和参数调试；4.进行实际的运动控制。
2.3 实验三：交流伺服系统应用在本实验中，学生将学会如何将交流伺服系统应用到具体的实际工程中，特别是在具有复杂控制环节的机械装置中的运用。
深圳伺服系统课程设计
深圳伺服系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解伺服系统的基本概念，掌握其工作原理和数学模型；2. 学生能够描述伺服系统在自动化设备中的应用及其重要性；3. 学生能够解释伺服系统中涉及的关键参数，如响应时间、稳态误差、带宽等。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识分析简单的伺服系统问题，并设计基本的伺服控制系统；2. 学生通过实验和案例研究，培养实际操作伺服系统设备的能力；3. 学生能够利用图表和数据分析伺服系统的性能，并进行初步的故障诊断。
情感态度价值观目标：1. 学生通过学习伺服系统，培养对现代制造业和自动化技术的兴趣和认识；2. 学生在团队协作中增强沟通能力和集体荣誉感，树立正确的工程伦理观念；3. 学生通过了解伺服系统在高科技领域的应用，增强对创新和技术进步的认识，激发学生的社会责任感和时代使命感。
分析课程性质、学生特点和教学要求：本课程针对深圳地区特定年级（如高中二年级）的学生设计，结合当前教育要求和学生的认知水平，注重理论与实践相结合。
课程性质既包含理论知识的学习，也强调实践技能的培养。
学生特点方面，此年龄段学生具有较强的逻辑思维能力和好奇心，对高新技术有较高的兴趣。
因此，课程目标旨在通过具体的伺服系统知识学习，实现学生理论知识与动手能力的双重提升，并在情感态度上培养学生对工程技术的正面价值观。
后续教学设计和评估将围绕以上具体学习成果展开。
二、教学内容1. 伺服系统基础知识- 伺服系统的定义与分类- 伺服系统的基本组成与工作原理- 伺服系统的数学模型2. 伺服系统的性能指标与设计- 响应时间、稳态误差、带宽等关键参数的含义与计算- 伺服系统的稳定性分析- 伺服控制系统设计的基本原则与方法3. 伺服系统应用案例分析- 深圳地区典型伺服系统应用案例介绍- 案例中伺服系统的结构、原理与性能分析4. 实践操作与实验- 伺服系统设备的操作方法与注意事项- 伺服系统性能测试实验- 故障诊断与排除方法5. 教学进度安排- 基础知识学习：2课时- 性能指标与设计：3课时- 应用案例分析：2课时- 实践操作与实验：3课时教材关联：本教学内容与教材《自动化控制系统》第3章“伺服控制系统”相关，涉及教材中的3.1节至3.4节，包括伺服系统基础知识、性能指标、设计原则以及应用案例分析等内容。
自动控制原理课程设计-雷达天线伺服控制系统.
雷达位置伺服系统校正班级： 0xx班学号： xx姓名： xx指导老师： x老师—2011.12雷达位置伺服系统校正一、雷达天线伺服控制系统(一) 概述用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。
又称随动系统。
在很多情况下，伺服系统专指被控制量（系统的输出量）是机械位移或位移速度、加速度的反馈控制系统，其作用是使输出的机械位移（或转角）准确地跟踪输入的位移（或转角）。
伺服系统的结构组成和其他形式的反馈控制系统没有原则上的区别。
它是由若干元件和部件组成的并具有功率放大作用的一种自动控制系统。
位置随动系统的输入和输出信号都是位置量，且指令位置是随机变化的，并要求输出位置能够朝着减小直至消除位置偏差的方向，及时准确地跟随指令位置的变化。
位置指令与被控量可以是直线位移或角位移。
随着工程技术的发展，出现了各种类型的位置随动系统。
由于发展了力矩电机及高灵敏度测速机，使伺服系统实现了直接驱动，革除或减小了齿隙和弹性变形等非线性因素，并成功应用在雷达天线。
伺服系统的精度主要决定于所用的测量元件的精度。
此外，也可采取附加措施来提高系统的精度，采用这种方案的伺服系统称为精测粗测系统或双通道系统。
通过减速器与转轴啮合的测角线路称精读数通道，直接取自转轴的测角线路称粗读数通道。
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。
本设计——雷达天线伺服控制系统实际上就是随动系统在雷达天线上的应用。
系统的原理图如图1-1所示。
图1-1 雷达天线伺服控制系统原理图(二) 系统的组成从图1-1可以看出本系统是一个电位器式位置随动系统，用来实现雷达天线的跟踪控制，由以下几个部分组成：位置检测器、电压比较放大器、执行机构。
以上部分是该系统的基本组成，在所采用的具体元件或装置上，可采用不同的位置检测器，直流或交流伺服机构等等。
现在对系统的组成进行分析： 1、受控对象：雷达天线； 2、被测量：角位置m θ；3、给定值：指令转角*m θ；4、传感器：由电位器测量m θ,并转化为U ；5、控制器：放大器，比例控制；6、执行器：直流电动机及减速箱。
自动控制原理课程设计速度伺服控制系统设计样本
自动控制原理课程设计题目速度伺服控制系统设计专业电气工程及其自动化姓名班级学号指引教师机电工程学院12月目录一课程设计设计目二设计任务三设计思想四设计过程五应用simulink进行动态仿真六设计总结七参照文献一、课程设计目：通过课程设计，在掌握自动控制理论基本原理、普通电学系统自动控制办法基本上，用MATLAB实现系统仿真与调试。
二、设计任务：速度伺服控制系统设计。
控制系统如图所示，规定运用根轨迹法拟定测速反馈系数'k，以t使系统阻尼比等于0.5，并估算校正后系统性能指标。
三、设计思想：反馈校正：在控制工程实践中，为改进控制系统性能，除可选用串联校正方式外，经常采用反馈校正方式。
常用有被控量速度，加速度反馈，执行机构输出及其速度反馈，以及复杂系统中间变量反馈等。
反馈校正采用局部反馈包围系统前向通道中一某些环节以实现校正，。
从控制观点来看，采用反馈校正不但可以得到与串联校正同样校正效果，并且尚有许多串联校正不具备突出长处：第一，反馈校正能有效地变化被包围环节动态构造和参数；第二，在一定条件下，反馈校正装置特性可以完全取代被包围环节特性，反馈校正系数方框图从而可大大削弱这某些环节由于特性参数变化及各种干扰带给系统不利影响。
该设计应用是微分负反馈校正：如下图所示，微分负反馈校正包围振荡环节。
其闭环传递函数为B G s （）=00t G s 1G (s)K s +（）=22t1T s T K s ζ+（2+）+1 =22'1T s 21Ts ζ++试中，'ζ=ζ+tK 2T，表白微分负反馈不变化被包围环节性质，但由于阻尼比增大，使得系统动态响应超调量减小，振荡次数减小，改进了系统平稳性。
微分负反馈校正系统方框图四、设计过程：1.未校正系统如下图：绘制开环传递函数G s H s （）（）=Ks s （+1）根轨迹图系统开环极点为1p =0，2p =-1，无开环零点。
（1） 根轨迹有2条，分别起始于1p =0，2p =-1，2条所有终结于无穷远处。
伺服运动控制系统PPT教案
根据要使用的伺服系统决定SGDM- 以后的4 位字母数字( 容量及电源电压)，则可以选定伺服 单元。
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第三章 伺服驱动器的选择
一、伺服驱动器及外围装置的选型
1、伺服电机的选型 ①型号说明 ②伺服电机选型流程图
２、伺服单元的选型 ①型号说明 ②伺服单元与适用的伺服电机 伺服单元的选型取决于适用的伺服电机。请使用下表选定伺服单
伺服驱动器的选型方法 伺服驱动器的额定值与特性 外围装置的规格与外形图
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第三章 伺服驱动器的选择
一、伺服驱动器及外围装置的选型
1、伺服电机的选型 ①型号说明 ②伺服电机选型流程图
２、伺服单元的选型 ①型号说明 ②伺服单元与适用的伺服电机
３、外围装置的选型
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第三章 伺服驱动器的选择
数控机床的伺服控制系统
第一章 伺服控制系统的基本结构与分类 第二章 伺服系统的执行组件 第三章 伺服驱动器的选择 第四章 步进电动机常见故障分析与维修
第四章 步进电动机常见故障分析与维修
步进电动机与一般电动机最显著的不同，在于一定要配备专用的驱动 电源才能正常工作。因此步进电动机拖动系统的维修就不仅是电动机的 维修，也包括对控制线路和驱动线路的维修。步进电动机的故障与一般 电动机的故障有共性的地方，但也有其特性的地方。步进电动机特性故 障共表现在以下六个方面：
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第三章 伺服驱动器的选择
一、伺服驱动器及外围装置的选型
1、伺服电机的选型 ①型号说明 ②伺服电机选型流程图
SGMAH,SGMPH,SGMGH,SGMSH,SGMDH 型伺服电机的选型请 按下述流程图进行。
伺服系统培训课程设计
伺服系统培训课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解伺服系统的基本概念，掌握其工作原理和组成结构。
2. 学生能掌握伺服系统中关键参数的计算方法，如转速、扭矩、精度等。
3. 学生了解不同类型伺服系统的特点及其适用场合。
技能目标：1. 学生能运用所学知识分析和解决实际伺服系统应用中的问题。
2. 学生具备设计简单伺服系统的能力，能根据需求选择合适的组件并进行调试。
3. 学生能熟练使用相关工具和设备进行伺服系统的安装、调试和维护。
情感态度价值观目标：1. 培养学生关注工程技术发展的意识，激发对伺服系统及其应用的兴趣。
2. 培养学生严谨、细致、负责的工作态度，增强团队协作和沟通能力。
3. 培养学生具备安全意识，遵循相关操作规程，确保伺服系统应用的安全可靠。
本课程针对高年级学生，结合学科特点，注重理论与实践相结合，以实际应用为导向。
课程目标旨在使学生掌握伺服系统的基础知识，具备实际操作和问题解决能力，同时培养良好的职业素养和安全意识。
通过课程学习，为学生未来在自动化、机器人等相关领域的发展奠定基础。
二、教学内容1. 伺服系统概述：介绍伺服系统的基本概念、发展历程、应用领域及发展趋势。
- 教材章节：第一章 伺服系统概述- 内容列举：伺服系统的定义、分类、工作原理。
2. 伺服系统组成与原理：分析伺服系统的组成结构，讲解各部分功能及相互关系。
- 教材章节：第二章 伺服系统的组成与原理- 内容列举：驱动器、执行器、反馈元件、控制器等组成部分及其工作原理。
3. 伺服系统关键参数计算：学习伺服系统中转速、扭矩、精度等关键参数的计算方法。
- 教材章节：第三章 伺服系统关键参数计算- 内容列举：转速与扭矩的计算、精度分析、系统稳定性分析。
4. 伺服系统类型及特点：介绍不同类型伺服系统的特点、优缺点及适用场合。
- 教材章节：第四章 伺服系统类型及特点- 内容列举：步进伺服系统、交流伺服系统、直流伺服系统等。
5. 伺服系统应用与案例分析：分析伺服系统在实际应用中的案例，提高学生的问题解决能力。
伺服课程设计1
；
am——液压缸运动的最大加速度，
x & y
结晶器端的位移 y 与液压缸端的位移
x
的关系为
y = K −1 x
& & 结晶器端的速度 y 与液压缸端的速度 x 的关系为
y = k −1 x
x y 结晶器端的加速度 && 与液压缸端的加速度 && 的关系为系为
••
•
（2） 液压动力元件的动特性 ） ① 建立液压动力元件的数学模型 液压动力元件的动特性可由动力元件的三个基本方程来表示， 即：电液伺服阀的流量方程、液压缸的连续性方程与液压缸与负 载运动部件的动力学平衡方程。由本课题分析可知，本结晶器系 统负载折算到液压缸上的负载有等效惯性负载、粘性阻尼负载、 干摩擦负载Ff和重力负载G等，立出该伺服系统动力元件的三个 基本方程。再根据这三个基本方程的拉氏变换式推出该液压动力 元件的输出方程，如下式。
四．系统主要设计参数 （见任务书） 五．课程设计各阶段的工作及进度
K ce = K c + Ctp
K c 为阀的流量-压力系数，由阀的零位泄漏决定
ql Kc = ps
Ctp为液压缸的泄漏系数.
ωh
——动力元件的液压固有频率，
ωh =
2 4β e Ap
Vt mt
7 × 10 8 p a
其中 βe——油液的等效体积模量，一般取
m ——结晶器折算到液压缸的等效质量， mt = m k 2 t
课程设计课题介绍： 二． 课程设计课题介绍：
课题名称： 课题名称：连铸结晶器电液伺服振动系统的设计
连铸结晶器简解
Fg = p g Ag = mg ⋅ l 2 / l 3
伺服控制系统(设计)
第一章伺服系统概述伺服系统是以机械参数为控制对象的自动控制系统。
在伺服系统中，输出量能够自动、快速、准确地跟随输入量的变化，因此又称之为随动系统或自动跟踪系统。
机械参数主要包括位移、角度、力、转矩、速度和加速度。
近年来，随着微电子技术、电力电子技术、计算机技术、现代控制技术、材料技术的快速发展以及电机制造工艺水平的逐步提高，伺服技术已迎来了新的发展机遇，伺服系统由传统的步进伺服、直流伺服发展到以永磁同步电机、感应电机为伺服电机的新一代交流伺服系统。
目前，伺服控制系统不仅在工农业生产以及日常生活中得到了广泛的应用，而且在许多高科技领域,如激光加工、机器人、数控机床、大规模集成电路制造、办公自动化设备、卫星姿态控制、雷达和各种军用武器随动系统、柔性制造系统以及自动化生产线等领域中的应用也迅速发展。
1.1伺服系统的基本概念1。
1.1伺服系统的定义“伺服系统”是指执行机构按照控制信号的要求而动作，即控制信号到来之前，被控对象时静止不动的；接收到控制信号后,被控对象则按要求动作；控制信号消失之后，被控对象应自行停止.伺服系统的主要任务是按照控制命令要求，对信号进行变换、调控和功率放大等处理，使驱动装置输出的转矩、速度及位置都能灵活方便的控制。
1。
1。
2伺服系统的组成伺服系统是具有反馈的闭环自动控制系统。
它由检测部分、误差放大部分、部分及被控对象组成。
1。
1.3伺服系统性能的基本要求1）精度高。
伺服系统的精度是指输出量能复现出输入量的精确程度。
2）稳定性好.稳定是指系统在给定输入或外界干扰的作用下，能在短暂的调节过程后，达到新的或者恢复到原来的平衡状态。
3）快速响应。
响应速度是伺服系统动态品质的重要指标，它反映了系统的跟踪精度.4）调速范围宽。
调速范围是指生产机械要求电机能提供的最高转速和最低转速之比。
5）低速大转矩。
在伺服控制系统中，通常要求在低速时为恒转矩控制，电机能够提供较大的输出转矩；在高速时为恒功率控制，具有足够大的输出功率.6)能够频繁的启动、制动以及正反转切换。
伺服控制系统课程设计
伺服控制系统课程设计一、教学目标本节课的教学目标是使学生掌握伺服控制系统的基本原理、组成和应用，能够分析简单的伺服控制系统，并具备初步的设计和调试能力。
具体目标如下：1.知识目标：（1）了解伺服控制系统的定义、分类和基本原理；（2）掌握伺服控制系统的组成及其作用；（3）熟悉伺服控制系统的应用领域。
2.技能目标：（1）能够分析简单的伺服控制系统；（2）具备伺服控制系统的设计和调试能力；（3）学会使用相关仪器仪表和软件进行伺服控制系统的分析和设计。
3.情感态度价值观目标：（1）培养学生的创新意识和团队合作精神；（2）增强学生对自动化领域的兴趣和责任感；（3）提高学生解决实际问题的能力。
二、教学内容本节课的教学内容主要包括以下几个部分：1.伺服控制系统的定义、分类和基本原理；2.伺服控制系统的组成及其作用；3.伺服控制系统的应用领域；4.伺服控制系统的设计和调试方法；5.相关仪器仪表和软件的使用。
三、教学方法为了达到本节课的教学目标，将采用以下教学方法：1.讲授法：讲解伺服控制系统的基本原理、组成和应用；2.讨论法：引导学生讨论伺服控制系统的设计和调试方法；3.案例分析法：分析具体的伺服控制系统实例，加深学生对知识的理解；4.实验法：让学生动手进行伺服控制系统的设计和调试，提高实际操作能力。
四、教学资源为了支持本节课的教学内容和教学方法，将准备以下教学资源：1.教材：伺服控制系统相关教材；2.参考书：介绍伺服控制系统的相关书籍；3.多媒体资料：课件、视频、图片等；4.实验设备：伺服控制系统实验装置；5.软件：伺服控制系统分析和设计软件。
五、教学评估为了全面、客观地评估学生的学习成果，将采用以下评估方式：1.平时表现：通过观察学生在课堂上的参与程度、提问回答等情况，了解学生的学习状态；2.作业：布置与课程内容相关的作业，检查学生对知识的理解和应用能力；3.考试：定期进行考试，检验学生对课程知识的掌握程度；4.实验报告：评估学生在实验过程中的操作能力和分析问题的能力；5.小组项目：评估学生在团队合作中的表现以及对知识的综合运用能力。
伺服控制系统设计
Wop (s)
s(Ts s
K 1)(T2 s
1)
3.2 单闭环位置伺服系统
伺服系统旳闭环传递函数
W cl
(s)
TsT2 s 3
(Ts
K T2 )s2
s
K
闭环传递函数旳特性方程式
TsT2s3 (Ts T2 )s2 s K 0
3.2 单闭环位置伺服系统
用Routh稳定判据，为保证系统稳定，
须使
K
Ts T2 TsT2
单位置环伺服系统开环传递函数对数幅频特性
3.3 双闭环伺服系统
在电流闭环控制旳基础上，设计位置 调整器，构成位置伺服系统，位置调整 器旳输出限幅是电流旳最大值。 以直流伺服系统为例，对于交流伺服 系统也合用，只须对伺服电动机和驱动 装置应作对应旳改动。
3.3 双闭环伺服系统
Tm
R J CT Ce
Tl
La R
3.2 单闭环位置伺服系统
驱动器
电机
直流伺服系统控制对象构造图
采用PD调整器，其传递函数为
减速器
WAPR (s) WPD (s) K p (1 d s)
3.2 单闭环位置伺服系统
伺服系统开环传递函数
Wop (s)
s(Ts s
K ( d s 1)
1)(TmTl s2 Tms
3.5 复合控制旳伺服系统
前馈控制器旳传递函数选为
G(s) 1 W2 (s)
得到
m (s) 1
* m
(
s)
3.5 复合控制旳伺服系统
理想旳复合控制随动系统旳输出量可以完 全复现给定输入量，其稳态和动态旳给定误 差都为零。 系统对给定输入实现了“完全不变性” 。 需要引入输入信号旳各阶导数作为前馈控 制信号，但同步会引入高频干扰信号，严重 时将破坏系统旳稳定性，这时不得不再加上 滤波环节。
电液伺服控制课程设计
电液伺服控制课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解电液伺服系统的基本原理，掌握其主要组成部分及功能；2. 掌握电液伺服系统的数学模型，了解其动态特性和稳态特性；3. 学会分析电液伺服系统的性能指标，了解影响性能的主要因素；4. 掌握电液伺服系统的控制策略，了解不同控制算法的优缺点。
技能目标：1. 能够运用所学知识对电液伺服系统进行数学建模；2. 能够设计简单的电液伺服控制系统，并进行性能分析；3. 能够运用仿真软件对电液伺服系统进行仿真实验，验证控制策略的有效性；4. 能够对实际电液伺服系统进行调试和优化，提高系统性能。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对电液伺服控制系统及其应用的兴趣，激发创新意识；2. 培养学生严谨的科学态度，注重理论与实践相结合；3. 培养学生团队协作精神，提高沟通与交流能力；4. 增强学生对我国液压事业的认同感，树立为国家和民族工业发展贡献力量的信念。
课程性质：本课程为专业技术课程，以理论教学与实践操作相结合的方式展开。
学生特点：学生具备一定的电工电子基础，具有较强的学习能力和动手能力。
教学要求：注重理论联系实际，强化实践教学，提高学生的实际操作能力。
将课程目标分解为具体的学习成果，以便在教学过程中进行有效评估和调整。
二、教学内容1. 电液伺服系统原理及组成部分- 液压基础知识回顾- 电液伺服系统的定义、分类及应用- 主要组成部分（液压泵、液压缸、伺服阀、传感器等）及其功能2. 电液伺服系统的数学建模- 系统的动态方程建立- 系统的稳态方程建立- 模型参数的识别与验证3. 电液伺服系统性能分析- 系统稳定性分析- 系统快速性分析- 系统精确性分析4. 电液伺服控制策略- 常用控制算法（PID控制、模糊控制、自适应控制等）- 控制算法的优缺点分析- 控制策略的设计与优化5. 电液伺服系统仿真与实验- 仿真软件的使用方法- 搭建仿真模型与实验平台- 仿真与实验结果的对比分析6. 电液伺服系统调试与优化- 系统调试方法与技巧- 常见故障分析与处理- 系统性能优化方案教学内容安排与进度：根据课程目标和教材章节，分阶段进行教学，确保内容的系统性和连贯性。
《伺服运动控制》课程设计任务书
“伺服运动控制课程设计”任务书一、课程设计目的和要求设计目的：伺服控制课程设计目的在于巩固和深化所学的专业理论，初步培养学生解决实际问题的能力。
通过本课程设计使学生主要掌握以下几方面的内容：1.部分常用检测元件的选择和使用；2.伺服驱动器的使用方法；3.基本控制器的应用；4.能够设计并实现基本伺服运动控制电路；5.基本人机监控界面的设计；6.了解伺服控制的现状和发展趋势。
设计要求：使用伺服电机为驱动装置，以可编程控制器（PLC）或单片机为控制器，配合相应的伺服驱动器，设计并实现基本的伺服运动控制系统。
要求用触摸屏设计监控界面，完成系统的程序编写与调试，并完成设计说明书的编写。
从而达到培养学生工程实践能力和综合运用所学知识的能力。
二、课程设计内容及步骤题目一：基于PLC的伺服电机转速控制系统硬件（软件）设计与实现利用台达DVP40ES00T2系列PLC为控制器，用台达触摸屏DOP-A57BSTD设计人机界面，控制台达ASD-A0421-AB系列伺服驱动器和ECMA-C30604ES伺服电机，实现基本的速度控制，包括正、反转，速度调节，速度读取，能够通过人机界面了解系统原理，随意设定电机速度，实时读取电机运行状态等。
在完成上述基本功能的基础上也可加入其他附加功能。
题目一设计步骤：1.控制系统分析与设计（控制系统原理分析、设备选型、控制方案设计）；2.详细阅读台达DVP40ES00T2系列PLC、台达触摸屏DOP-A57BSTD和台达ASD-A0421-AB系列伺服驱动器的说明书；3.搭建控制系统硬件电路；4.设计触摸屏监控界面；5.设计控制程序；6.系统调试；7.电气控制系统图、系统设计流程图、系统接线图等的绘制（用visio软件）。
题目二：基于单片机的伺服电机转速控制系统硬件（软件）设计与实现将上述设计题目一所要求实现的功能改用单片机做控制器来实现。
题目二设计步骤：1.控制系统分析与设计（控制系统原理分析、设备选型、控制方案设计）；2.详细阅读台达触摸屏DOP-A57BSTD和台达ASD-A0421-AB系列伺服驱动器的说明书，进行单片机选型；3.搭建控制系统硬件电路；4.设计触摸屏监控界面；5.设计控制程序；6.系统调试；7.电气控制系统图、系统设计流程图、系统接线图等的绘制（用visio软件）。
《伺服控制系统课程设计》
《伺服控制系统课程设计》指导书⾃动化与电⼦⼯程学院⼆零⼀⼋年⼗⽉⼀、伺服控制系统课程设计的意义、⽬标和程序 (3)⼆、伺服控制系统课程设计内容及要求 (5)三、考核⽅式和报告要求 (11)⼀、伺服控制系统课程设计的意义、⽬标和程序（⼀）伺服控制系统程设计的意义伺服控制系统课程设计是⾃动化专业⼈才培养计划的重要组成部分，是实现培养⽬标的重要教学环节，是⼈才培养质量的重要体现。
通过伺服控制系统课程设计，可以培养考⽣⽤所学基础课及专业课知识和相关技能，解决具体的⼯程问题的综合能⼒。
本次课程设计要求考⽣在指导教师的指导下，独⽴地完成伺服控制系统的设计和仿真，解决与之相关的问题，熟悉伺服控制系统中控制器设计与整定、电机建模和仿真和其他检测装置的选型以及⼯程实践中常⽤的设计⽅法，具有实践性、综合性强的显著特点。
因⽽对培养考⽣的综合素质、增强⼯程意识和创新能⼒具有⾮常重要的作⽤。
伺服控制系统课程设计是考⽣在课程学习结束后的实践性教学环节；是学习、深化、拓宽、综合所学知识的重要过程；是考⽣学习、研究与实践成果的全⾯总结；是考⽣综合素质与⼯程实践能⼒培养效果的全⾯检验；也是⾯向⼯程教育认证⼯作的重要评价内容。
（⼆）课程设计的⽬标课程设计基本教学⽬标是培养考⽣综合运⽤所学知识和技能，分析与解决⼯程实际问题，在实践中实现知识与能⼒的深化与升华，同时培养考⽣严肃认真的科学态度和严谨求实的⼯作作风。
使考⽣通过综合课程设计在具备⼯程师素质⽅⾯更快地得到提⾼。
对本次课程设计有以下⼏⽅⾯的要求:1.主要任务本次任务在教师指导下，独⽴完成给定的设计任务，考⽣在完成任务后应编写提交课程设计报告。
2.专业知识考⽣应在课程设计⼯作中，综合运⽤各种学科的理论知识与技能，分析和解决⼯程实际问题。
通过学习、研究和实践，使理论深化、知识拓宽、专业技能提⾼。
3.⼯作能⼒考⽣应学会依据课程设计课题任务进⾏资料搜集、调查研究、⽅案论证、掌握有关⼯程设计程序、⽅法和技术规范。
伺服系统课程设计
伺服系统课程设计一、教学目标本课程的目标是让学生掌握伺服系统的基本原理、组成和应用。
通过学习，学生应能理解伺服系统的的工作原理，熟练运用伺服系统解决实际问题。
知识目标：1. 理解伺服系统的定义和工作原理；2. 掌握伺服系统的组成及各类元件的作用；3. 了解伺服系统在工程中的应用。
技能目标：1. 能够分析伺服系统的性能指标；2. 能够设计简单的伺服控制系统；3. 能够对伺服系统进行调试和维护。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对新技术的敏感度和好奇心；2. 使学生认识到伺服系统在现代工业中的重要性；3. 培养学生热爱科学、勇于探索的精神。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括伺服系统的定义、原理、组成、性能指标及应用。
具体包括以下几个方面：1.伺服系统的定义和工作原理；2.伺服系统的组成元件及其作用；3.伺服系统的性能指标及其分析方法；4.伺服系统在工程中的应用案例。
三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法相结合的方式进行授课。
具体包括：1.讲授法：用于讲解伺服系统的基本概念、原理和性能指标；2.案例分析法：通过分析实际应用案例，使学生更好地理解伺服系统的组成和作用；3.实验法：学生进行伺服系统实验，让学生亲自动手操作，提高其实际应用能力；4.讨论法：学生进行小组讨论，培养学生的团队合作能力和解决问题的能力。
四、教学资源为了支持本课程的教学，我们将准备以下教学资源：1.教材：《伺服系统原理与应用》；2.参考书：包括伺服系统相关的研究论文和书籍；3.多媒体资料：包括课件、实验视频等；4.实验设备：伺服控制系统实验装置。
通过以上教学资源的支持，我们将努力提高本课程的教学质量，帮助学生更好地掌握伺服系统的知识。
五、教学评估为了全面、客观地评估学生的学习成果，本课程将采用多种评估方式相结合的方法。
评估方式包括平时表现、作业、考试等。
1.平时表现：通过观察学生在课堂上的参与度、提问回答等情况，评估其对伺服系统的理解和掌握程度。
伺服系统课程设计
伺服系统课程设计课程背景“伺服系统”是一种能够实时监测并反馈信号电压的系统，它能够准确控制自身的位置、速度和加速度，被广泛应用于机器人、工业自动化、医疗设备等领域。
伺服系统的设计和控制是机电一体化、自动化、控制理论等方面的交叉学科，本课程旨在教授学生伺服系统的结构、原理、控制方法和应用等。
课程目标1.熟悉伺服系统的基本原理和控制方法；2.掌握伺服系统的运动控制和动态性能测试方法；3.能够设计伺服系统的控制策略，实现伺服系统的位置和速度控制；4.了解伺服系统在机器人、工业自动化、医疗设备等领域的应用。
课程内容1.伺服系统基本结构和工作原理–伺服系统的定义和分类；–伺服系统的结构和组成部分；–伺服系统的工作原理和控制模型。
2.伺服系统的运动学和动力学分析–机械系统的运动学和动力学基础知识；–伺服系统的运动学和动力学模型；–运动控制的基本概念和控制方法。
3.伺服系统的控制策略–位置控制和速度控制的基本原理和方法；–PID控制器及其变种的设计和应用；–其他控制策略的介绍和比较。
4.伺服系统性能测试和应用案例–伺服系统动态响应特性的测试和分析；–伺服系统在机器人、工业自动化、医疗设备等领域的应用案例。
课程形式1.理论讲解：通过课堂讲授、自学和讨论等形式，介绍伺服系统的基本原理和控制方法；2.实验操作：通过实验操作和仿真验证，掌握伺服系统的运动控制和动态性能测试方法；3.课程设计：在课程结束阶段，由学生按照实际案例，参考伺服系统的物理结构，动态调试，进行伺服系统控制模拟和控制实现。
课程评估1.课堂表现：出勤情况、参与讨论、提高思考；2.作业：课下作业、实验报告、课程设计报告；3.考试：期末考试，符合大多数课程结构、理论知识和控制方法的考核。
参考资料1.林志华. 《自动控制原理》. 机械工业出版社, 2014；2.陈吉宏，徐立新，钱伟长. 《动力学模型与控制方法》. 清华大学出版社, 2013；3.科纳特（KONAT）. 《传感器与测量技术应用》. 南京大学出版社,2016；4.方云. 《伺服控制系统理论与应用》. 机械工业出版社, 2017。
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《伺服控制系统课程设计》指导书⾃动化与电⼦⼯程学院⼆零⼀⼋年⼗⽉⼀、伺服控制系统课程设计的意义、⽬标和程序 (3)⼆、伺服控制系统课程设计内容及要求 (5)三、考核⽅式和报告要求 (11)⼀、伺服控制系统课程设计的意义、⽬标和程序（⼀）伺服控制系统程设计的意义伺服控制系统课程设计是⾃动化专业⼈才培养计划的重要组成部分，是实现培养⽬标的重要教学环节，是⼈才培养质量的重要体现。
通过伺服控制系统课程设计，可以培养考⽣⽤所学基础课及专业课知识和相关技能，解决具体的⼯程问题的综合能⼒。
本次课程设计要求考⽣在指导教师的指导下，独⽴地完成伺服控制系统的设计和仿真，解决与之相关的问题，熟悉伺服控制系统中控制器设计与整定、电机建模和仿真和其他检测装置的选型以及⼯程实践中常⽤的设计⽅法，具有实践性、综合性强的显著特点。
因⽽对培养考⽣的综合素质、增强⼯程意识和创新能⼒具有⾮常重要的作⽤。
伺服控制系统课程设计是考⽣在课程学习结束后的实践性教学环节；是学习、深化、拓宽、综合所学知识的重要过程；是考⽣学习、研究与实践成果的全⾯总结；是考⽣综合素质与⼯程实践能⼒培养效果的全⾯检验；也是⾯向⼯程教育认证⼯作的重要评价内容。
（⼆）课程设计的⽬标课程设计基本教学⽬标是培养考⽣综合运⽤所学知识和技能，分析与解决⼯程实际问题，在实践中实现知识与能⼒的深化与升华，同时培养考⽣严肃认真的科学态度和严谨求实的⼯作作风。
使考⽣通过综合课程设计在具备⼯程师素质⽅⾯更快地得到提⾼。
对本次课程设计有以下⼏⽅⾯的要求:1.主要任务本次任务在教师指导下，独⽴完成给定的设计任务，考⽣在完成任务后应编写提交课程设计报告。
2.专业知识考⽣应在课程设计⼯作中，综合运⽤各种学科的理论知识与技能，分析和解决⼯程实际问题。
通过学习、研究和实践，使理论深化、知识拓宽、专业技能提⾼。
3.⼯作能⼒考⽣应学会依据课程设计课题任务进⾏资料搜集、调查研究、⽅案论证、掌握有关⼯程设计程序、⽅法和技术规范。
提⾼理论分析、⾔语表达、撰写技术⽂件以及独⽴解决专题问题等能⼒。
4.综合素质树⽴正确的学习⽬的和设计思想，培养考⽣诚信的科学态度和作风，善于与他⼈合作的团队精神。
（三）综合课程设计程序综合课程设计过程包括设计准备、正式设计、综合课程设计答辩三个阶段。
设计准备阶段主要任务是根据设计任务书要求，明确⼯程特点和设计要求，收集包括⼯程设计图纸在内的有关资料，拟定设计计划。
这⼀阶段要求考⽣要积极主动，多⽅⾯、全⽅位收集有关资料，尽可能深⼊了解项⽬特点，做到对即将开始的综合课程设计⼯作有⼀个宏观的认识，并制订总的时间计划。
⼀般指导教师会提出明确的要求，及时给予具体的指导。
考⽣在此阶段需完成所有具体的计算和设计。
综合课程设计答辩阶段根据学校安排统⼀进⾏，综合课程设计答辩是对综合课程设计成果的汇报。
⼆、伺服控制系统课程设计内容及要求1.步进电机伺服控制系统设计与仿真步进电机最早是在1920年代由英国⼈所开发。
1950年代后期晶体管的发明也逐渐应⽤在步进电机上，对于数字化的控制变得更为容易。
往后经过不断改良，使得今⽇步进电机已⼴泛运⽤在需要⾼定位精度、⾼分解能、⾼响应性、信赖性等灵活控制性⾼的机械系统中。
步进电机是将电脉冲信号转变为⾓位移或线位移的开环控制元件。
在⾮超载的情况下，电机的转速、停⽌的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，⽽不受负载变化的影响，即给电机加⼀个脉冲信号，电机则转过⼀个步距⾓。
这⼀线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差⽽⽆累积误差等特点。
使得在速度、位置等控制领域⽤步进电机来控制变的⾮常的简单。
1.1设计⽬标和任务本次设计的控制对象是两个直流伺服电机，⽬的是设计为每个伺服电机设计⼀个调速性能好、起制动性能好、定位准确且定位过程⽆超调的直流伺服系统，实现以下⽬标： 1．了解步进电机的结构。
2．利⽤Simulink中的物理建模平台--Simcape实现步进电机伺服系统的搭建3．实现两个步进电机的联动运⾏。
1.2设计内容本次课程设计的被控对象为混合式步进电机（HB）。
混合式步进电机是综合了永磁式和反应式的优点⽽设计的步进电机。
它又分为两相、三相和五相，两相步进⾓⼀般为1.8度，三相步进⾓⼀般为1.2度，⽽五相步进⾓⼀般为0.72度。
混合式步进电机在⼒矩、速度、分辨率等⽅⾯性能优异。
步进电机选择上海鸣志电器股份有限公司的标准式混合步进电机，其型号为MS08HY1P4050。
其参数请查阅产品使⽤⼿册。
结构如图所⽰。
图1 步进电机结构图步进电机驱动器根据外来的控制脉冲和⽅向信号，通过其内部的逻辑电路，控制步进电机的绕组以⼀定的时序正向或反向通电，使得电机正向/ 反向旋转，或者锁定。
以1.8 度两相步进电机为例：当两相绕组都通电励磁时，电机输出轴将静⽌并锁定位置。
在额定电流下使电机保持锁定的最⼤⼒矩为保持⼒矩。
如果其中⼀相绕组的电流发⽣了变向，则电机将顺着⼀个既定⽅向旋转⼀步（1.8 度）。
同理，如果是另外⼀项绕组的电流发⽣了变向，则电机将顺着与前者相反的⽅向旋转⼀步（1.8 度）。
当通过线圈绕组的电流按顺序依次变向励磁时，则电机会顺着既定的⽅向实现连续旋转步进，运⾏精度⾮常⾼。
对于1.8 度两相步进电机旋转⼀周需200 步。
两相步进电机有两种绕组形式：双极性和单极性。
双极性电机每相上只有⼀个绕组线圈，电机连续旋转时电流要在同⼀线圈内依次变向励磁，驱动电路设计上需要⼋个电⼦开关进⾏顺序切换。
单极性电机每相上有两个极性相反的绕组线圈，电机连续旋转时只要交替对同⼀相上的两个绕组线圈进⾏通电励磁。
驱动电路设计上只需要四个电⼦开关。
在双极性驱动模式下，因为每相的绕组线圈为100% 励磁，所以双极性驱动模式下电机的输出⼒矩⽐单极性驱动模式下提⾼了约40% 。
图2 步进电机驱动电路图步进电机的最显著的优势是不需要位置反馈信号，就能进⾏精确的位置控制，这种开环控制形式省去了昂贵的位置传感器，只需对输⼊指令脉冲信号计数，就能知道电机的位置。
图3是⼀个步进电机开环控制的基本组成原理图。
图3 开环控制结构图在开环控制系统中，电机响应⾛步指令后的实际运⾏情况，控制系统是⽆法预测和监控的。
在⼀些运⾏速度范围宽、负载⼤⼩变化频繁的场合，步进电机容易失步，⽽使整个系统趋于失控;开环控制还有⼀个缺陷就是电机的输出转矩和速度在很⼤程度上取决于驱动电源的控制⽅式。
对于不同的电机或者同⼀种电机不同的负载，很难找到通⽤的加减速规律，因此使提⾼步进电机的性能指标受到限制。
当两个步进电机协同⼯作⽤于轨迹跟踪时，需要插补算法（逐点⽐较法）逐点地计算和判别运动轨迹与给定轨迹的偏差,并根据偏差控制进给轴向给定轮廓靠扰,缩⼩偏差,使加⼯轮廓逼近给定轮廓，如图所⽰。
图 4 逐点插值原理图本次课程设计需要跟踪轨迹如下图所⽰。
图 5 x-y 跟踪轨迹2. 直流伺服控制系统设计与仿真直流伺服电动机是近⼏⼗年来随着电⼒电⼦技术的迅速发展⽽发展起来的⼀种电动机。
近些年来，直流伺服控制系统被⼴泛应⽤于⼯业⽣产，尤其在机械制造⾏业中占据着重要位置。
直流伺服系统的主要优点是控制特性优良，能在很宽的范围内平滑调速，调速⽐⼤，起制动性能好，定位精度⾼。
直流伺服电动机既有交流电动机的结构简单、运⾏可靠、维护⽅0123456789100510152025303540便等⼀系列优点，又具有直流电动机的运⾏效率⾼、调速性能好的特点，故在当今国民经济中直流伺服系统⼴泛应⽤于轧钢机及其辅助机械、造纸机、⾦属切割机床等众多⾃动控制中的各个领域。
2.1设计⽬标和任务本次设计的控制对象是两个直流伺服电机，⽬的是设计为每个伺服电机设计⼀个调速性能好、起制动性能好、定位准确且定位过程⽆超调的直流伺服系统，实现以下⽬标： 4．了解直流伺服系统的结构。
5．理解直流伺服系统三闭环结构的基本原理。
6．利⽤Simulink中的物理建模平台--Simcape实现直流伺服系统的搭建（选做）。
7．利⽤Matlab的可视化⼯具---Simulink实现直流伺服系统的仿真。
8．掌握电流环控制器、速度环控制器、位置环控制器的整定⽅法。
9．实现两个伺服控制系统的联动运⾏。
2.2设计内容：本次课程设计选择的直流伺服电机参数如下:额定电压：Un=220V，额定电流：In=136A，额定转速：Nn=1460r/min，反电动势常数：Ce=0.132V*min/，允许过载倍数: λ=1.5电枢电阻：Ra=0.5Ω电流时间常数：Tl=0.03s机械时间常数：Tm=0.18s；励磁电压：Uf=220V励磁电流：If=1.5A伺服系统由⼤功率晶体管脉宽调制放⼤器给电动机供电，其中晶闸管装置放⼤系数： ks=40；三相整流桥平均失控时间：Ts=0.0017s。
伺服控制系统的控制⽅式为三环全数字式即电流环控制器运算、速度环控制器运算、位置环控制器运算，结构如图所⽰：图6三闭环位置伺服控制系统（APR：位置调节器； ASR：转速调节器；ACR：电流调节器；BQ：光电位置传感器； UPE：通⽤信号转换器； DSP：数字转速信号转换器；） 在上述的直流伺服系统中，要求：1、电流超调：δ%≤5%；2、空载起动到额定转速时的转速超调量：δ%≤10%；3、电流反馈系数：β=0.05 V*min/r；3、转速反馈系数：α= 0.00667V*min/r ；4、电流反馈滤波时间常数：Toi=0.002s；5、转速反馈滤波时间常数：Ton=0.01s；6、位置反馈滤波时间常数：Top=0.01s；分别为两台电机设计两套伺服系统，利⽤两套伺服联动控制，实现在下图所⽰⼆维平⾯上曲线的实时跟踪控制。
图7 x-y跟踪轨迹三、考核⽅式和报告要求课程设计通过提交课程设计报告的⽅式来进⾏考核，课程设计报告应该包含以下⼏个⽅⾯的内容：1.课程设计任务和要求2. 伺服控制系统概述3.伺服控制系统的设计4.软件设计与实现5. 总结6. 参考⽂献。