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自动控制综合设计 一类位置随动系统的滞后校正 指导老师： 单位： 姓名： 设计时间： 目 录 1位置随动系统原理 1 1.1位置随动系统原理图 1 1.2部分电路分析 1 1.2.1自整角机 1 1.2.2功率放大器 2 1.2.3两相伺服电动机 2 1.2.4测速发电机 3 1.2.5减速器 3 1.3各元部件传递函数 4 1.4位置随动系统的结构框图 4 1.5位置随动系统的信号流图 4 1.6相关函数的计算 5 1.7开环系统频域特性求解 6 1.8对系统进行Matlab仿真 6 2加入校正装置后的系统分析 7 2.1校正要求 7 2.2 PD校正原理 7 2.3 PD控制改善阻尼比的实现 8 2.4滞后校正能否改善系统稳定性的说明 9 2.5对校正后的系统进行Matlab仿真 10 3系统校正前后的比较分析 10 4 总结体会 11 参考文献 11 设计初始条件： 图示为一位置随动系统，放大器增益为Ka=40，电桥增益,测速电机增益V.s，Ra=7.5Ω，La=14.25mH，J=0.0062kg.m2，Ce=Cm=0.42N.m/A,f=0.18N.m.s,减速比i=0.1 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要求） 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； 求出开环系统的截至频率、相角裕度和幅值裕度 设计PD控制装置，使得系统的阻尼比为0.7 说明能否用滞后校正改善系统的稳定性 用MATLAB对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。 摘要：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，主要解决有一定精度的位置跟随问题，如数控机床的刀具给进和工作台的定位控制，工业机器人的工作动作，导弹制导、火炮瞄准等。控制技术的发展，使随动系统得到了广泛的应用。 位置随动系统是反馈控制系统，是闭环控制，其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。 本次课程设计研究的是一类位置随动系统的滞后校正，设计PD控制装置，改善系统的阻尼比，并分析比较校正前后系统相应时域曲线的区别。 一类位置随动系统的滞后校正 1位置随动系统原理 1.1位置随动系统原理图 图1-1位置随动系统原理图 系统工作原理： 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、齿轮系及绳轮等组成，采用负反馈控制原理工作，其原理图如图1-1所示。 在图1-1中测量原件为由电位器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。当偏差ΔU=0时，电动机停止转动，负载停止移动。此时δ=δL,表明输出位移与输入位移相对应。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。 1.2部分电路分析 1.2.1自整角机 作为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。与指令轴相连的是发送机，与系统输出轴相连的是接收机。 (1-1) 零初始条件下，对上式求拉普拉斯变换，可求得电位器的传递函数为 (1-2) 自整角机结构图可用图1-2表示 1.2.2功率放大器 由于运算放大器具有输入阻抗很大，输出阻抗小的特点，在工程上被广泛用来作信号放大器。其输出电压与输入电压成正比，传递函数为 (1-3) 式中Ua为输出电压，U1为输入电压，Ka为放大倍数。 功率放大器结构图可用图1-3表示 图1-3 功率放大器 1.2.3两相伺服电动机 (1-4) 拉普拉斯变换为，于是可得伺服电机传递函数 (1-5) 伺服电机结构图可用图1-4表示 1.2.4测速发电机 测速