位置随动系统的滞后校正设计剖析.doc

题 目：位置随动系统的滞后校正设计 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=10 。 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。 求出开环系统的截止频率、相角裕度和幅值裕度，并设计滞后校正装置，使得系统的相角裕度增加10度。 用Matlab对校正前后的系统进行仿真分析，比较其时域响应曲线有何区别，并说明原因。 对上述任务写出完整的课程设计说明书，说明书中必须进行原理分析，写清楚分析计算的过程及其比较分析的结果，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： 任务 时间（天） 指导老师下达任务书，审题、查阅相关资料 2 分析、计算 2 编写程序 1 撰写报告 2 论文答辩 1 指导教师签名： 年 月 日 系主任（或责任教师）签名： 年 月 日目录 摘要 I 绪论 II 1 设计任务及要求的分析 1 1.1设计任务 1 1.2设计要求分析 1 2位置随动系统原理说明 2 2.1位置随动系统原理图及原理说明 2 2.2部分电路分析 3 2.2.1自整角机 3 2.2.2功率放大器 4 2.2.3两相伺服电动机 4 2.2.4测速发电机 4 2.2.5减速器 5 2.3各元部件传递函数 5 2.4位置随动系统的结构框图 6 2.5位置随动系统的信号流图 6 2.6相关函数的计算 6 2.7对系统进行Matlab仿真 8 3加入校正装置后的系统分析 9 3.1校正目的 9 3.2滞后网络进行串联校正的基本原理 9 3.3滞后网络的传递函数 9 3.4对校正后的系统进行Matlab仿真 10 4对校正前后装置进行比较 12 心得体会 13 参考文献 14 摘要 随动系统是一种反馈控制系统。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 （1-1） 它提供一个负实轴上的零点和一个负实轴上的极点。零、极点之间的距离由值决定。由于1，极点位于零点右边，对于s平面上的一个动点，零点产生的向量角小于极点产生的向量角，因此，滞后校正装置总的向量角为负，故称为滞后校正。本次课程设计就是要根据滞后校正进行一类位置随动系统的滞后校正。 2位置随动系统原理说明 2.1位置随动系统原理图及原理说明 图2-1位置随动系统原理图 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2-1所示。该系统由取信号模块，信号处理模块，信号输出模块和信号反馈模块构成。取信号模块由测量元件和电路构成，信号处理模块由放大器构成，信号输出模块由驱动伺服电机SM的电路以及减速器构成，信号反馈模块由负载通过传动机构构成。 系统的工作原理为： 系统的初始状态处于某一平衡状态，即输入角位移与输出相等，两个环形电位器构成的桥式电路处于平衡状态，桥式电路输出电压,电动机不动，系统处在平衡状态。若输入角位移发生变化时，假设为增大，由于惯性，负载角位移并没有立即跟随输入角位移的改变而改变，因而桥式电路输出电压因电势差而为正，桥式电路输出电压通过放大器增大到用来驱动伺服电机SM转动，进而通过减速器带动负载正转。负载正转带通传动机构增大输出角并使其与相等，如此电桥输出电压再归为零，电机停止转动，系统处于新的平衡状态；反之，若输入角位移减小时，桥式电路则为负，如此经过放大驱动电机SM以相反的方向转动，进而使负载带动传动机构减小直至=。如此可以实现输出角始终与输出角保持相等。此外，电机SM的转速又可以通过测速电机的输出经反馈环节反馈到处，并与之比较。 在图2-1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。 通