位置随动系统的滞后超前校正设计

课程设计

题目控制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1003班

姓名

指导教师肖纯

2012年12月20日

课程设计任务书

学生姓名：—专业班级：自动化1003班

指导教师：肖纯工作单位：自动化学院

题目：位置随动系统的滞后-超前校正设计

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二40,电桥增益K,=5,测速电机增益匕=2,阳二6Q, La=12mH, J=0. 0065kg. m2, C e=Cm=0. 35 N.m/A, f=0. 2 N.m.s, i=0. K 其中，/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，（为减速比。

要求完成的主要任务：（包括课程设讣工作疑及其技术要求，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10度；

（3）用Mat lab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Mat lab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

目录

1系统传递函数分析 (5)

1.1位置随动系统原理 (5)

1.2部分电路分析 (6)

1.3各部分元件传递函数 (7)

1.4位置随动系统的结构框图及信号流图 (7)

1.5位置随动系统的传递函数 (8)

2位置随动系统的超前校正 (9)

2.1串联超前校正原理 (9)

2.2校正前系统参数求解 (9)

2.3超前校正装置系统的求解 (10)

2.4校正结果检验 (12)

3校正前后时域响应曲线的比较 (12)

4总结体会 (14)

参考文献 (15)

位置随动系统的滞后■超前校正设计

1系统传递函数分析

1.1位置随动系统原理

位置随动系统通常山测量元件、放大元件、伺服电动机、测速发电机、齿轮

系以及绳轮等基本环节组成，它通常采用负反馈控制原理进行工作，其原理图如图1所示。

图1位置随动系统原理图

在图1中，测量元件为山电位器组成的桥式测量电路。负载就固定在电位器的滑臂上，因此电位器的输出电压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AU=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AU二0时，电动机停止转动，负载停止移动。此时8 = 6L,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。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AO。相应地，产生一个偏差电压，经放大器放大后得到Ud, 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部分电路分析

a）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。

吶=&［乞（上）一2（门］=匕eg 在零初始条下，拉式变换为：

0；（s） = g（s）(1)

(2)

b）功率放大器:

(3)

在零初始条件下，拉式变换为：

U$（s）= 化［u（s） -

u t（s）］

(4)

c）电枢控制直流电动机:

血乞C) , dee J小

+ F ="

(5) 在零初始条件下，拉式变换为:

(T s2 + s)乞(s) = k u (t)

m s a $

(6)

d）直流测速电动机:

讥)=&与®

dt(7) 在零初始条件下，拉式变换为:

q(s) = k z sO s(s)(8) e）减速器:

(9)

在零初始条件下，拉式变换为:

1.3各部分元件传递函数

a)

sgs + 1)

―6 °- 0065— =0.03

6 * 0. 2 + 0. 35 * 0. 35

1.4位置随动系统的结构框图及信号流图

1. 如图2所示为位置随动系统的结构框图。

Q(s) = 土 弘(s)

i

(10)

0. 35

(6 * 0. 2 + 0. 35 * 0. 35)

=1. 3225

e)

「( 、 Q(s) 1

4(S )==- 速器

2®

2

(16)

减

(17)

b)

(11)

放

d)

大器4 = k

u(s)

(12)

测 速机

(13)

电

(14)

(15)

图2位宜随动系统的结构框图

2.如图3所示为位置随动系统的信号流图。

图3位宜随动系统的信号流图

1.5位置随动系统的传递函数

山图（3）可以写岀开环传递函数

G(s)=

2645

0. 03s2 + 106. 8s

5 * 40 * 1. 3225/0. 1

0. 03 水+ (2 * 40 水1・ 3225 + l)s

(18)

闭环传递函数为

①(s)=

T a s2 + (k z k a k a + l)s + k€k a k a li

5 * 40 * 1. 3225/0, 1

0. 03 水s' + (2 % 40 汝1・ 3225 + l)s + 5 % 40 汝1・ 3225/0.

1

2645

0. 03s2 + 106. 8s + 2645

(19)