位置随动系统的超前校正05.doc

课程设计任务书 学生姓名： 专业班级： 自动化 指导教师： 工作单位： 自动化学院 题 目: 位置随动系统的超前校正 初始条件： 图示为一位置随动系统，放大器增益为Ka=20，电桥增益,测速电机增益V.s，Ra=8Ω，La=15mH，J=0.0055kg.m2，Ce=Cm=0.38N.m/A,f=0.22N.m.s,减速比i=0.4 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，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，比较其时域相应曲线有何区别，并说明原因。 时间安排： 任务 时间（天） 审题、查阅相关资料 2 分析、计算 3 编写程序 3 撰写报告 1.5 论文答辩 0.5 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 1 1系统功能简介 2 2系统功能分析及数学建模 3 2.1系统各环节分析 3 2.1.1 自整角机环节 3 2.1.2 放大环节 4 2.1.3 直流伺服电机环节 4 2.1.4 直流测速环节 5 2.1.5减速环节 6 2.1.6 主单位负反馈环节 6 2.2系统整体建模 6 3系统性能分析 7 3.1 稳定性分析 7 3.2幅频特性和相频特性分析 8 4系统超前校正装置设计 9 4.1超前校正可行性分析 10 4.2超前校正装置参数计算 10 4.3超前校正后的性能分析 12 4.3.1稳定性分析 12 4.3.2幅频特性和相频特性分析 13 5系统校正前后的性能对比 14 5.1系统校正前后频域性能对比 14 5.2校正前后的时域性能对比 16 6.心得与体会 20 参考文献 21 摘要 又名伺服控制系统随动控制系统位置随动系统超前校正设计 1系统功能简介 随动控制系统又名伺服控制系统。其参考输入是变化规律未知的任意时间数 本系统中参考输入量为所需要转过的角度，反馈量为负载实际转过的角度，两个输入量经过自整角机将两角度之差转换为电压信号，与测速电机的反馈电信号之差作为放大器的输入信号，经放大后，伺服电动机SM将会在其放大电压的作用之下有选择性的动作。当负载与所要求的位置达到同步时，=0，=0，则SM在测速反馈的作用下达到静止稳定状态；当发生变化时，≠0，≠0，则SM在由异步引起的电压信号的作用下，拖动负载转过偏差角度，并经过主反馈，直到负载达到新的同步静止稳定状态。通过以上环节便能实现位置随动系统。系统的原理图如图1所示，系统的方框图如图2所示。 图1 位置随动系统的原理图 图2 位置随动系统的方框图 2系统功能分析及数学建模 2.1系统各环节分析 由前面的系统简介可知，本系统共有6大环节，它们分别是自整角机环节，放大环节，直流伺服电机环节，直流测速环节，减速环节和主单位负反馈环节。下面分别对每个环节构建数学模型，并做详细的分析及相关计算。 2.1.1 自整角机环节 自整角机是一种将转角变成电压信号或者将电压型号变成转角，以实现角度传送，变换和指示的原件。它可以在随动系统中用作机械设备的之间的角度联动装置，以使机械装置上两根或两根以上的转轴保持同步偏转或旋转。通常是两台或多台组合使用。本系统中，通过自整角机将角度信号转变成为电压信号。自整角机环节的结构图如图3所示。 图3 自整角机结构图 由以上结构图可得自整角机环节的数学模型为： （1） 在初始条件为0的条件下（以下各环节的传递函数皆在此条件之下，不再说明）求得其传递函数为： （2） 2.1.2 放大环节 放大环节的结构图如图4所示。 - 图4 放大环节结构图 由以上结构图可得放大环节的数学模型为： （3） 求得其传递函数为： （4） 2.1.3 直流伺服电机环节 直流伺服电机的结构图如图5所示。 图5 直流伺服电机环节结构图 电枢控制直流电机的工作实质是将输入的电能转换成机械能，也就是由输入的电枢电压在电枢回路中产生电枢电流，再由电枢电流与激励磁通相互作用产生电磁转矩，拖动负载运动。因此，直流电机的运动方程可有下列方程组得出： 其中，为