位置随动系统建模与频率特性分析

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1、武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书目录摘要…………………………………………………………………………………….................I1位置随动系统的分析11.1位置随动系统建模分析11.2位置随动系统总体分析11.2.1随动系统的基本原理图11.2.3随动系统的基本原理分析22位置随动系统的原理32.1位置随动系统各部分基本工作原理32.1.1环形电桥电位器32.1.2测速电机部分42.1.3放大器部分52.1.4伺服电机部分52.1.5减速器72.2系统结构图和信号流图82.2.1系统结构图82.2.2系统信号流图102

2、.3系统的传递函数103系统开环传递函数图像绘制与稳定性判断113.1开环传递函数伯德图像绘制113.2开环传递函数奈奎斯特图像绘制113.3截止频率、相角裕度和幅值裕度124系统的闭环传递函数的单位阶跃响应134.1闭环传递函数在单位阶跃输入下响应图像绘制134.2闭环传递函数输入响应误差分析15结束语17参考文献1820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技术是生产过程中的关键技术，也是许多高新技术产品中的核心技术。自动控制技术几乎渗透到国民经济的给各个领域及社会生活的各个方面，是当代发展最迅速、应用最广泛、最引人瞩目

3、的高科技，是推动新的技术革命和新的产业革命的关键技术。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范围内。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。本次设计任务是分析一个位置随动系统，本文通过开始的各个环节的数学建模，逐个推导各环节的数学传递函数，继而综合总的结构框图，计算出总的系统的传递函数。在建立了传递函数的基础上，进一步作频率特性分析，绘制出理论分析的系统的伯德图和奈奎斯特曲线。再由单位阶跃

4、响应曲线可以得到相应的暂态指标和稳态指标，然后通过指标分析，总结出系统的性能，再反思得出各种指标参数的原因和相互关系。较全面的解决了位置随动系统的分析关键词：自动控制、随动控制系统、传递函数、频率特性分析20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频率特性分析1位置随动系统的分析1.1位置随动系统建模分析由于所给的系统是其原理图，是实际的参数和数据，但是在分析的时候如果不对实际原理进行抽象和总结，系统由于其复杂性将难以入手。因而必须首先对系统进行相应的抽象，提炼出其数学模型，这样才能从定量的角度分析和研究系统。控制系统的

5、数学模型描述了系统内部的物理量和变量之间的关系。当知道了相应的输入和输出量时，我们可以通过建立相应的微分方程来构造数学模型，了解系统的特性。因此构造系统的数学模型是研究系统的基础。数学模型描述了系统内部的物理量和变量之间的关系，通过建模可将各参数联系起来，抽象成系统的传递函数，再根据自控学习的内容进行分析，会变得比较容易。1.2位置随动系统总体分析1.2.1随动系统的基本原理图位置随动系统的基本原理图如图1所示：图1-1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

6、号的误差保持在规定范围内。故又称跟踪系统，其特点是输入为未知。对于这样一个系统系统分析的目的是增加被控对象跟踪的快速性和准确性。通过对系统的分析知系统的目的是使输出角度与输入指令角度20武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书相等。1.2.2随动系统的基本原理结构图依据以上的性能分析，可以大致画出总的系统框图如图1.2—1图1-21.2.3随动系统的基本原理分析分析题目所给的原理图可知，系统所要达到的条件是使输出（由于右边的电位器与负载共轴因而输出角度为）的角度能够跟随输入给定的的角度实时变化，使得最终达到=的稳定状态。具体实现的要求为：

7、当=时，即为给定初始系统稳定情况下，由于电桥两臂的点位相同，因而此时=0，因而最终稳定时伺服电机转速=0这样才能使=0从而=0使得伺服电机转速为0达到稳定；当<时，即此时给定的输入角增大但输出角由于惯性没有立即改变，因而此时>0，此时伺服电机由于惯性将不转动，因而=0，推出>0,这样>0,从而驱动伺服电机SM转动，伺服电机通过减速器带动负载正转，同时将角度信号通过联轴器传至电位器，继而使增大，使得相应减小即转动速度减小，直至=达到一个新的平衡状态停止转动为止。当>时，即此时输入角增大，从而推出<0，而由于惯性，因而=0，从而<0,<0,驱动

8、伺服电机SM转动，电机通过减速器带动负载反转，同时将角度信号通过联轴器传至电位器，继而使减小，使得相应减小即转动速度减小，直至=达到一个新的平衡状态停止转动为止。20武汉理工大学