位置随动系统建模与频率特性分析业设计（论文）word格式.doc

课程设计任务书 学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位： 题 目: 位置随动系统建模与频率特性分析 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=0.006kg.m2,Ce=Cm=0.5N·m/A,f=0.2N·/s,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； 用Matlab画出开环系统的波特图和奈奎斯特图，并用奈奎斯特判据分析系统的稳定性。 求出开环系统的截止频率、相角裕度和幅值裕度。 用Matlab画出系统的单位阶跃响应曲线； 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 3 编写程序 2 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 控制系统的数学模型 4 2 系统建模 5 2.2 系统方框图 6 2.3 系统各部分传递函数 6 2.3.1 桥式电路 6 2.3.2 放大器 8 2.3.3 测速电机TG 9 2.3.4 伺服电机SM 10 2.4 系统结构图及信号流图 13 2.4.1 系统结构图 13 2.4.2 信号流图 13 2.5 系统传递函数 14 2.5.1 开环传递函数 14 2.5.2 闭环传递函数 14 3 系统的频域分析 14 3.1 开环系统的波特图 15 3.1.1 波特图 15 3.1.2系统对数频率特性分析 15 3.1.3 MATLAB画开环系统波特图 15 3.2系统稳定性 16 3.2.1奈奎斯特稳定判据 16 3.2.2 系统频率特性分析 17 3.2.3 开环系统奈奎斯特图 17 3.2.4 系统稳定性分析 18 3.3 系统稳定裕度 19 3.3.1 稳定裕度 19 3.3.2 开环系统相角裕度 19 3.3.3 开环系统幅值裕度 19 3.3.4 MATLAB 中求稳定裕度 19 4系统单位阶跃响应 20 4.1单位阶跃响应 20 4.2系统性能分析 21 4.3 MATLAB画系统单位阶跃响应 21 5 课程设计小结 23 参考文献 24 位置随动系统建模 与频率特性分析 1 控制系统的数学模型 在控制系统的分析和设计中，首先要建立系统的数学模型。控制系统的数学模型是描述系统内部物理量或变量之间关系的数学表达式。如果已知输入量及变量的初始条件，对微分方程求解，就可以得到系统输出量的表达式，并由此可对系统进行性能分析。因此，建立控制系统的数学模型是分析和设计控制系统的基础。 建立控制系统的数学模型的方法有分析法和实验法两种。分析法是对系统各部分的运动机理进行分析，根据它们所依据的物理规律或化学规律分别列写相应的运动方程。例如电学中有基尔霍夫定律，力学中有牛顿定律，热力学中有热力学定律等。实验法是人为地给系统施加某种测试信号，记录其输出响应，并用适当的数学模型去逼近，这种方法称为系统辨识。 在自动控制理论中，数学模型有多种形式。时域中常用的数学模型由微分方程、差分方程和状态方程；复域中有传递函数、结构图；频域中有频率特性。 分析法建立数学模型的步骤： 建立物理模型。任何元件或系统实际上都是很复杂的，难以对它作出精确、全面的描述，必须进行简化或理想化。简化后的元件或系统为该元件或系统的物理模型。简化是有条件的，要根据问题的性质和求解的精确要求，来确定出合理的物理模型。电子放大器看成理想的线性放大环节,通讯卫星看成质点； 列写原始方程。利用适当的物理定律（如牛顿定律、基尔霍夫电流和电压定律、能量守恒定律等）； 选定系统的输入量、输出量及状态变量（仅在建立状态模型时要求），消去中间变量，建立适当的输入输出模型或状态空间