位置随动系统的滞后超前校正设计.docx

学号：课程设计题目控制系统的超前校正设计学院自动化学院专业自动化专业班级1003班姓名指导教师肖纯2012年12月20日课程设计任务书学生姓名：专业班级：自动化1003班指导教师：肖纯工作单位：自动化学院题目: 位置随动系统的滞后-超前校正设计初始条件：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=0.0065kg.m2,Ce=Cm=0.35,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；求出系统的截止频率、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；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：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1 系统传递函数分析31.1 位置随动系统原理31.2 部分电路分析31.3 各部分元件传递函数31.4 位置随动系统的结构框图及信号流图31.5 位置随动系统的传递函数32 位置随动系统的超前校正32.1 串联超前校正原理32.2 校正前系统参数求解32.3 超前校正装置系统的求解32.4 校正结果检验33 校正前后时域响应曲线的比较34 总结体会3参考文献3位置随动系统的滞后-超前校正设计1 系统传递函数分析1.1 位置随动系统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，其原理图如图1所示。图1 位置随动系统原理图在图 1中，测量元件为由电位器组成的桥式测量电路。负载就固定在电位器的滑臂上，因此电位器的输出电压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。假设是发送电位器的转角按逆时针方向增加一个角度，而接受电位器没有同时旋转这样一个角度，则两者之间将产生角度偏差△θ。相应地，产生一个偏差电压，经放大器放大后得到Ua，供给直流电动机，使其带动负载和接受电位器的动笔一起旋转，直到两角度相等为止，即完成反馈。1.2 部分电路分析自整角机：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）在零初始条下，拉式变换为：（2）功率放大器：（3）在零初始条件下，拉式变换为：（4）电枢控制直流电动机：（5）在零初始条件下，拉式变换为：（6）直流测速电动机：（7）在零初始条件下，拉式变换为：（8）减速器：（9）在零初始条件下，拉式变换为：（10）1.3 各部分元件传递函数电桥（11）放大器（12）测速机（13）电机（14）（15）（16）减速器（17）1.4 位置随动系统的结构框图及信号流图 1．如图2所示为位置随动系统的结构框图。图2 位置随动系统的结构框图2. 如图3所示为位置随动系统的信号流图。图3 位置随动系统的信号流图1.5 位置随动系统的传递函数由图（3）可以写出开环传递函数（18）闭环传递函数为（19）2 位置随动系统的超前校正2.1 串联超前校正原理串联超前校正的传递函数为：（20）一般设计步骤：（1）根据给定的稳态性能指标，确定系统的开环增益K。（2）利用（1）求得的K，绘制未校正前系统的伯德图。（3）在伯德图上量取未校正系统的相位裕度和幅值裕度，并计算为使相位裕度达到给定指标所需补偿的超前相角。其中，为给定的相位裕度指标，为未校正系统的相位裕度，为附加的角度。（4）选取，并由求出a。（5）为使超前校正装置的最大超前相角出现在校正后系统的截止频率上，即取未校正系统幅值为时的频率作为校正后系统的的截止频率。（6）由计算参数T，并写出超前校正的传递函数。2.2 校正前系统参数求解求解校正前系统的参数的源程序如下。num=[2645];den=[0.03,106.8,