自动控制系统1..

中北大学

课程设计说明书

学生姓名：xxx 学号：

学院：中北大学

专业：自动化

题目：直流电机位置随动系统设计

（第六组）

姚舜才

指导教师：职称: 副教授 2013 年 12 月 9 日

中北大学信息商务学院课程设计任务书

2013-2014 学年第一学期

学院：xxx

专业：自动化

学生姓名：xxx 学号：

课程设计题目：直流电机位置随动系统设计

（第六组）

起迄日期：12月9 日～12月20日课程设计地点：德怀楼七层实验室

指导教师：姚舜才

下达任务书日期: 2013年 12月 9日

课程设计任务书

1．设计目的：

设计一个位置随动系统，使用工程设计方法，使其达到相应的技术指标要求。

2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：

一、设计参数

第一组第二组第三组第四组第五组第六组

静阻力矩M H(N∙m) 35 50 65 80 95 100

转动惯量J H(kg∙m2) 60 90 100 110 120 110

最大跟踪速度Ωm(1/s) 1.4 1.6 1.5 1.4 1.5 1.6

最大跟踪加速度εm(1/s2) 1.75 1.75 1.75 1.75 1.65 1.6

静态位置误差e c(deg) 0.3 0.30.30.30.30.3

静态速度误差e r(deg) 0.5 0.50.50.50.50.5

最大跟踪误差e m (deg) 0.8 1.0 1.0 1.1 1.2 1.2

电流环超调δ≤(%) 5 55555

速度环超调δ≤(%) 10 1010101010

位置环超调δ≤(%) 30 3030303030

位置环过渡过程时间t s≤(s) 0.6 0.6 0.6 0.8 0.8 1.0

短期干扰力矩M T(N∙m) 50 65 70 75 80 85 系统位置检测元件采用变压器式自整角机组合K bs=50V/rad，相敏整流器采用二极管环形整流器，K ph由计算确定，T ph=0.002s，功率放大器采用桥式PWM变换器，K s=20，Ts=0.0004s, 系统采用位置、速度、电流三环结构，电流反馈系数β=2V/A ，T oi=0.001s 速度反馈系数α=0.064V.s/rad,T on=0.001s。

二、供选择的直流电动机参数

P nom(W) V nom(V) I nom(A) n nom(r/min) J d(kg∙m2)

Z2-21 400 110 5.59 1000 0.023

Z2-22 600 1107.69 10000.026

Z2-31 800 11010.02 10000.029

Z2-32 1000 11013.23 10000.032

3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕：

三、设计要求

1、计算并选择电动机型号及调节器的结构参数；

2、画出系统的电气原理图（标明各环节参数，计算机制图，推荐使用Protell软件）；

3、画出系统的动态结构图（标明各环节参数）；

4、利用MATLAB软件对所设计的系统进行验证，给出仿真结果；

5、利用Bode图近似画法，绘制系统的对数频域渐近特性；

6、对比（4）、（5）的图形并说明其异同；

7、提交设计说明书。

课程设计任务书

4．主要参考文献：

要求按国标GB 7714—87《文后参考文献著录规则》书写，例：

1 傅承义，陈运泰，祁贵中.地球物理学基础.北京：科学出版社，1985

5．设计成果形式及要求：

提交设计说明书，并给出计算过程以及各种电路图，仿真图结果。

6．工作计划及进度：

年月日~月日

月日~月日

月日~月日

月日~月日

月日~月日答辩或成绩考核

基层教学组织审查意见：

签字：

年月日

一、实验目的

设计一个位置随动系统，使用工程设计方法，使其达到相应的技术指标要求

二、实验设计要求

1、计算并选择电动机型号及调节器的结构参数；

2、画出系统的电气原理图（标明各环节参数，计算机制图，推荐使用Protell

软件）；

3、画出系统的动态结构图（标明各环节参数）；

4、利用MATLAB软件对所设计的系统进行验证，给出仿真结果；

5、利用Bode图近似画法，绘制系统的对数频域渐近特性；

6、对比（4）、（5）的图形并说明其异同；

7、提交设计说明书。

三、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，所以位置随动系统必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，船舵的自动操纵，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可缺少的设备，是电力拖动自动控制系统的一个重要分支。

二．位置随动系统的基本组成

1.电位器式位置随动系统的组成

下面通过一个简单的例子说明位置随动系统的基本组成，其原理图如图1-1所示。这是一个电位器式的小功率位置随动系统，有以下五个部分组成：