位置随动系统建模与时域特性分析---自控

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1、武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书课程设计任务书学生姓名：专业班级：自动化0804指导教师：谭思云工作单位：自动化学院题目:位置随动系统建模与时域特性分析初始条件：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=40，电桥增益,测速电机增益，Ra=6Ω，La=12mH，J=0.006kg.m2,Ce=Cm=0.5,f=0.2,i=0.1。其中，J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，i为减速比。要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说

2、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、当Ka由0到∞变化时，用Matlab画出其根轨迹。3、Ka＝10时，用Matlab画求出此时的单位阶跃响应曲线、求出超调量、峰值时间、调节时间及稳态误差。4、求出阻尼比为0.7时的Ka，求出各种性能指标与前面的结果进行对比分析。时间安排：1、课程设计任务书的布置，讲解（一天）2、根据任务书的要求进行设计构思。（一天）3、熟悉MATLAB中的相关工具（一天）4、系统设计与仿真分析。（四天）5、撰写说明书。（两天）6、课程设计答辩（一天）指导

3、教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日16武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书摘要自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学。它的发展初期，是以反馈理论为基础的自动调节原理，并主要用于工业控制。控制理论在几十年的发展中，经历了从经典理论到现代理论再到智能控制理论的阶段，并有众多的分支和研究发展方向。随动系统是指系统的输出以一定的精度和速度跟踪输入的自动控制系统，并且输入量是随机的，不可预知的。位置随动系统是反馈控制系统，是闭环控制，调速系统的给定量是恒值，希望输出量能稳定，因此系统的抗干扰能力往往显得十分重要。而位置

4、随动系统中的位置指令是经常变化的，要求输出量准确跟随给定量的变化，输出响应的快速性、灵活性和准确性成了位置随动系统的主要特征。简而言之，调速系统的动态指标以抗干扰性能为主，随动系统的动态指标以跟随性能为主。本次课程设计是利用我们在《自动控制原理》中所学的知识，结合课外学习的知识，由一个具有特定要求的位置随动系统，建立系统模型，并计算分析其相关特性。关键字：位置随动系统反馈传递函数根轨迹16武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书目录1位置随动系统原理1１.1位置随动系统原理框图1１.2元件结构图分析11.3位置随动系统各元件传递函数

5、31.4位置随动系统的结构框图31.5位置随动系统的信号流图41.6相关函数的计算42根轨迹曲线52.1参数根轨迹转换52.2绘制根轨迹53单位阶跃响应分析63.1单位阶跃响应曲线63.2单位阶跃响应的时域分析74系统性能对比分析94.1新系统性能指标计算94.2系统性能指标对比分析95总结体会10参考文献1116武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书位置随动系统建模与时域分析1位置随动系统原理１.1位置随动系统原理框图图1.1位置随动系统原理框图工作原理：用一对电位器作为位置检测元件，并形成比较电路。两个电位器分别将系统的输入和

6、输出位置信号转换成与位置比例的电压信号，并做出比较。当发送电位器的转角和接受电位器的转角相等时，对应的电压亦相等，因而电动机处于静止状态。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，通过电桥产生一个偏差电压，与测速机反馈回电压比较后得到电压，然后经放大器放大到电压，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元件结构图分析1.电桥：电桥作为角位移传感器，在位置随动系统中是成对使用的。作为常用的位置检测装置，它的作用是将

7、角位移或者直线位移转换成模拟电压信号的幅值或相位。指令轴相连的是发送机，与系统输出轴相连的是接收机。该元件微分方程是：；在零初始条件下，其拉氏变换为；结构框图如图1.2.1所示。16武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书图1.2.1电桥2.放大器：放大器的作用将微弱的电流信号或者电压信号放大，该元件的微分方程是：；在零初始条件下，其拉氏变换为；结构框图如图1.2.2所示。图1.2.2放大器3.直流电机：直流电机是一个转动装置，在差压的作用下带动负载和接收电位器的动笔一起旋转，该元件的微分方程是：（1）在零初始条件下，其拉氏变换为；

8、结构框图如图1.2.3所示。图1.2.3直流电机4.测速电机：使用测速机在整个系统中构成PD控制器，反映的变化趋势，产生有效的早期修正信号，改善了系统的稳定性，该元件的微分方程是：（2）在零初始条件下，其拉氏变换为；结构