位置随动系统建模与时域特性分析课程设计

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1、.课程设计任务书学生姓名：章达专业班级：自动化1102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=0.4,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，以及说明书撰写等具体

2、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。5、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Matlab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：1、课程设计任务书的布置，讲解（半天）

3、2、根据任务书的要求进行设计构思。（半天）3、熟悉MATLAB中的相关工具（一天）..1、系统设计与仿真分析。（三天）2、撰写说明书。（二天）3、课程设计答辩（半天）指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日..摘要随着控制技术的发展，产生了形形色色的自动控制系统。相应地就有了控制系统的各种分类方法。而从研究控制原理特别是研究控制系统的设计方法角度来看，可以把自动控制系统分为随动系统和恒值调节系统两大类。随动系统的任务是保持被控制量等于某个不能预知的变化量。在随动系统中，被控制量的整体值得变化居于主导地

4、位。在随动系统中，较常见的一种是位置随动系统，位置随动系统的根本任务是实现执行机构对位置指令（给定量）的准确跟踪，被控制量（输出量）一般是负载的空间位移，当给定量随机变化时，系统能使被控制量准确无误地跟随并复现给定量。位置随动系统中的位置指令（给定量)和被控制量一样也是位移，当然可以是角位移，也可以是直线位移，所以位置随动系统必定是一个位置反馈控制系统。在实际生产中，电动机带动生产机械运动的表现不一定都是转速，也可能是生产机械产生一定的位置移动，这时需要控制的量就不再是转速了，而是控制对象的角位移或线位移,此时必

5、须采用位置随动系统才能满足控制要求。建立和研究控制系统的数学模型，是控制研究者首先重视的问题，有了正确的数学模型，方能定量研究对象的运动。而定量的分析也有很多种分析方法，本文主要研究的是位移随动系统的时域分析法，即通过分析系统的输出响应，讨论线性连续系统的动态性能。关键词：自动控制系统、位置随动系统、数学模型、时域分析法..目录1位置随动系统数学模型的建立与分析11.1位置随动系统电路图11.2位置随动系统的工作原理11.3位置随动系统的框图21.4位置随动系统的基本组成环节21.4.1自整角机21.4.2功率放

6、大器31.4.3测速电机31.4.4伺服电机41.4.5减速器51.5位置随动系统结构图61.6位置随动系统的信号流图71.7系统的开环传递函数与闭环传递函数72根轨迹的绘制82.1根轨迹法82.2Matlab的使用92.2.1Matlab函数功能介绍92.2.2源程序93位置随动系统时域性能分析103.1时系统的性能分析103.1.1单位阶跃响应分析103.1.2Matlab的使用113.1.3暂态性能指标分析123.2阻尼比为0.7时性能分析134总结14..参考文献15本科生课程设计成绩评定表16..位置随

7、动系统建模与时域特性分析1位置随动系统数学模型的建立与分析1.1位置随动系统电路图图1位置随动系统电路图1.2位置随动系统的工作原理位置随动系统通常由测量元件、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。在图1中，测量元件为由电位器Rr和Rc组成的桥式测量电路。负载就固定在电位器Rc的滑臂上，因此电位器Rc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ΔU=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

8、。当偏差ΔU=0时，电动机停止转动，负载停止移动。此时输出位移与输入位移相对应，即=。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。如果和不相等，则产生的电压差驱动伺服电机和负载转动，直到电动机停止转动(两转角相等)，此时系统处于与指令同步的平衡工作状态。..1.3位置随动系统的框图图2位置随动系统结构图1.4位置随动系统的基本组成环节1.4.1自整角机作