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1、******《自动控制原理》课程设计说明书位置随动系统的超前校正1设计任务及题目要求1.1初始条件图1.1位置随动系统原理框图图示为一随动系统，放大器增益为Ka=59.4，电桥增益Kτ=6.5,测速电机增益Kt=4.1,Ra=8Ω,La=15mH,J=0.06kg.m/s2JL=0.08kg.m/s2,fL=0.08,Ce=1.02,Cm=37.3,f=0.2,Kb＝0.1,i=11.2设计任务要求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、出开环系统的截至频率、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Matlab对
2、校正前后的系统进行仿真分析，比较其时域相应曲线有何区别，并说明原因。2位置随动系统原理10******《自动控制原理》课程设计说明书2.1位置随动系统工作原理工作原理：该系统为一自整角机位置随动系统，用一对自整角机作为位置检测元件，并形成比较电路。发送自整角机的转自与给定轴相连；接收自整角机的转子与负载轴（从动轴）相连。TX与TR组成角差测量线路。若发送自整角机的转子离开平衡位置转过一个角度，则在接收自整角机转子的单相绕组上将感应出一个偏差电压，它是一个振幅为、频率与发送自整角机激励频率相同的交流调制电压，即在一定范围内，正比于，即，所以可得这就是随动系统中接收自整角机所产生的偏差电压
3、的表达式，它是一个振幅随偏差（）的改变而变化的交流电压。因此，经过交流放大器放大，放大后的交流信号作用在两相伺服电动机两端。电动机带动负载和接收自整角机的转子旋转，实现，以达到跟随的目的。为了使电动机转速恒定、平稳，引入了测速负反馈。系统的被控对象是负载轴，被控量是负载轴转角，电动机施执行机构，功率放大器起信号放大作用，调制器负责将交流电调制为直流电供给直流测速发电机工作电压，测速发电机是检测反馈元件。2.2单元电路模块分析（1）自整角机：自整角机是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
4、连的是发送机TX，与系统输出轴相连的是接收机TR。在零初始条件下，拉氏变换为10******《自动控制原理》课程设计说明书图2.2.1自整角机u（2）交流放大器：在零初始条件下，拉氏变换为u_图2.2.2交流放大器（3）两相伺服电动机：在零初始条件下，拉氏变换为图2.2.3两相伺服电动机（4）直流测速发电机与调制器（设调制器增益为1）:在零初始条件下，拉氏变换为10******《自动控制原理》课程设计说明书图2.2.4直流测速发电机与调制器2.3各部分元件传递函数（1）（1）（2）（2）（3）（3）其中是电动机机电时间常数;是电动机传递系数（4）（4）2.4位置随动系统的结构框图从与系
5、统输入量有关的比较点开始，依据电路单元模块框图中的信号流向，把各环节框图连接起来，置系统输入量于最左端，系统输出量于最右端，便得到系统结构图，如图2.4所示。——图2.4交流-直流位置随动系统结构图2.5位置随动系统的信号流图10******《自动控制原理》课程设计说明书图2.5信号流图2.6相关函数的计算开环传递函数：（6）闭环传递函数：（7）又电动机机电时间常数：;电动机传递系数：故将数据代入得：则开环传递函数：2.7对系统进行Matlab仿真利用下列程序在MATLAB中画出BODE图,并得出相角裕度和截止频率。开环传递函数相角裕度增益裕度仿真程序：num=[0012859.7]d
6、en=[18148.10]sys=tf(num,den)[mag,phase,w]=bode(num,den)[gm,pm,wcg,wcp]=margin(mag,phase,w)margin(sys)10******《自动控制原理》课程设计说明书用MATLAB做出BODE图如图2.7所示:图2.7校正前系统BODE图由图可知Gm=InfdB(atInfrad/sec),Pm=90deg(at1.58rad/sec)故可知校正前，相角裕度；幅值裕度。系统截止频率；相角交界频率；3校正前后系统分析计算3.1设计目的：设计超前校正装置，使系统的相角裕度提高10度。3.2利用超前网络进行串联
7、校正的基本原理利用超前网络或PD控制器进行串联校正的基本原理是利用超前网络或PD控制器的相角超前特性。只要正确的将超前网络的交换频率1/aT和1/T选在待校正系统截止频率的两旁，并适当选择参数a和T，就可以使已校正系统的截止频率和相角裕度满足性能指标的要求，从而改善闭环系统的动态性能。超前校正网络的传递函数形式为：10******《自动控制原理》课程设计说明书3.3超前网络的传递函数计算步骤因为未校正系统的开环传递函数为：由图2.7系统校正前的
