1、摘要位置隨動系統是一個帶位置反饋的自動控制系統。由于其給定量是隨機變化的，這就要求系統在保證穩定的基礎上，更加強調快速跟隨的性能。本文主要研究了位置隨動控制系統的組成和運行原理。通過建立直流電機模型，采用pid控制方法，從內向外依次設計電流環、轉速環和位置環，形成系統仿真模型。并在matlab下進行仿真實驗，考察控制系統的性能指標，得到較好的控制結果。關鍵詞：直流電機；位置隨動；pid；matlababstractposition follow-up system is an automatic control system with position feedback. because of

2、 its random changes to the quantity given, which not only requires the system to ensure stability, but also emphasizes the capability to follow quickly. this paper mainly researches the composition and operating principles of position follow-up system. through establishing mathematical model of dc m

3、otor and using pid control method, it designs current loop, speed loop and position loop from inside out, which forms system simulation model. additionally, the model is simulated by using the matlab software to visit the systems performance, which gets the desired control results.keywords: dc motor

4、; position follow-up; pid; matlab目 錄摘要iabstracti1 緒論11.1位置隨動系統的概念及其特點11.2位置隨動系統的研究現狀及應用11.3位置隨動系統的控制方法11.4 matlab軟件在仿真功能方面的介紹11.5本文所要完成的工作12 系統組成與工作原理12.1位置隨動系統組成結構12.2組成系統的主要部件分析12.2.1光電編碼器12.2.2 pwm裝置12.2.3 m法測速13 系統仿真模型設計13.1電機仿真模型13.2電流環的仿真模型設計13.1.1 電流環及其特點13.1.2電流調節器結構及其參數13.1.3檢驗近似條件13.1.4計算調

5、節器電阻電容13.2 轉速環的仿真模型設計13.2.1 轉速環及其特點13.2.2轉速調節器結構及其參數13.2.3檢驗近似條件13.2.4校核轉速超調量13.3 位置環的仿真模型設計14 系統仿真14.1對位置隨動系統電流環進行仿真14.2對位置隨動系統轉速環進行仿真14.3對位置隨動系統進行仿真1總結1參考文獻1致謝11 緒論1.1位置隨動系統的概念及其特點隨動系統也稱之為伺服系統，是以位移、速度或力、力矩等作為被控量的自動控制系統。位置隨動系統是一個帶位置反饋的自動控制系統，是非常典型的隨動系統1。位置隨動系統的被控制量（輸出量）是負載機械空間位置的線位移或角位移，當位置給定量（輸入量）

6、作任意變化時，該系統的主要任務就是使輸出量快速而準確地復現給定量的變化，它主要解決有一定精度的位置跟隨問題。位置隨動系統中具有位置給定，位置檢測和位置反饋環節，這種系統的各種參數都是連續變化的模擬量，其位置檢測可用電位器、自整角機、感應同步器、光電編碼器等。位置隨動系統和調速系統一樣，都是反饋控制系統，即通過對輸出量和給定量的比較，組成閉環控制，兩者的控制原理是相同的。它們的主要區別在于，調速系統的給定量一經設定，即保持恒值，系統的主要作用是保證穩定和抵抗擾動；而位置隨動系統的給定量是隨機變化的，要求輸出量準確跟隨給定量的變化，系統在保證穩定的基礎上，更突出需要快速響應。總起來看，穩態精度和動

7、態穩定性是兩種系統都必須具備的，但在動態性能中，調速系統多強調抗擾性，而位置隨動同則更強調快速跟隨性能。1.2位置隨動系統的研究現狀及應用位置隨動系統的應用領域非常廣泛。例如，軋鋼機軋輥壓下量的自動控制，數控機床的刀具給進和工作臺的定位控制，船舵的自動操縱，工業機器人的動作控制，車防上的雷達跟蹤，導彈制導，火炮瞄準等。隨著機電一體化技術的發展，位置隨動系統已成為現代工業、國防和高科技領域中不可缺少的設備，是電力拖動自動控制系統的一個重要分支3。控制技術的發展，使隨動系統廣泛地應用于軍事工業和民用工業。尤其隨著國防技術的發展，要求隨動系統有更高的跟蹤速度和跟蹤精度，并具有更高的可靠性。隨動系統的

8、控制策略也由單一的pid控制方法發展到現在，已經出現了大量新的算法，近年來受到控制界十分重視的智能控制，它能擺脫對控制對象數學模型的依賴，已成為眾所矚目的解決魯棒性問題的重要方法。目前智能控制在交流伺服系統應用中較為成熟的當數模糊控制和神經網絡控制，而且大多是在模型控制基礎上增加一定的智能控制手段，以消除參數變化和擾動的影響。1.3位置隨動系統的控制方法當今的自動控制技術都是基于反饋的概念。反饋理論的要素包括三個部分：測量、比較和執行。測量關心的變量，與期望值相比較，用這個誤差糾正調節控制系統的響應。在工程實際中，應用最為廣泛的調節器控制規律為比例、積分、微分控制，簡稱pid控制5，原理圖如圖

9、1.1所示。pid控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結構簡單、穩定性好、工作可靠、調整方便而成為工業控制的主要技術之一。當被控對象的結構和參數不能完全掌握，或得不到精確的數學模型時，控制理論的其它技術難以采用時，系統控制器的結構和參數必須依靠經驗和現場調試來確定，這時應用pid控制技術最為方便。即當我們不完全了解一個系統和被控對象，或不能通過有效的測量手段來獲得系統參數時，最適合用pid控制技術。pid控制，實際中也有pi和pd控制。pid控制器就是根據系統的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。圖1.1模擬pid控制系統原理圖隨動控制中常用的方法是pid調節，盡管隨著現代交流

10、調速技術的發展，出現了各種新型控制算法，如自適應控制、專家系統、智能控制等。從理論分析，許多控制策略都能實現良好的電機動靜態特性，但由于算法本身的復雜性，而且對系統進行模型辨識比較麻煩，因此，在實際系統中實現時困難，對于傳統的pid調節器而言，其最大的優點在于算法簡單，參數易于整定，具有較強的魯棒性，而且適應性強，可靠性高，這些特點使pid控制器在工業控制領域得到廣泛的應用。隨動系統中的控制對象并不是很復雜，用pid調節更易實現預期效果。1.4 matlab軟件在仿真功能方面的介紹matlab是mathworks公司開發的一種集數值計算、符號計算和圖形可視化三大基本功能于一體的功能強大、操作簡

11、單的優秀工程計算應用軟件。matlab不僅可以處理代數問題和數值分析問題，而且還具有強大的圖形處理及仿真模擬等功能,主要應用于工程計算、控制設計、信號處理與通訊、圖像處理、信號檢測、金融建模設計與分析等領域。從而能夠很好的幫助工程師及科學家解決實際的技術問題。matlab最重要的特點是易于擴展。它允許用戶自行建立完成指定功能的擴展matlab函數（稱為m文件），從而構成適合于其它領域的工具箱，大大擴展了matlab的應用范圍。目前，matlab已成為國際控制界最流行的軟件，控制界很多學者將自己擅長的cad方法用matlab加以實現，出現了大量的matlab配套工具箱，如控制系統工具箱（cont

12、rol systemstoolbox），系統識別工具箱（system identification toolbox），魯棒控制工具箱（robustontrol toolbox），信號處理工具箱（signal processing toolbox）以及仿真環境simulink等6。目前，比較流行的控制系統仿真軟件是matlab。1980年美國的cleve moler博士研制的matlab環境（語言）對控制系統的理論及計算機輔助設計技術起到了巨大的推動作用。由于matlab的使用極其容易，不要求使用者具備高深的數學與程序語言的知識，不需要使用者深刻了解算法與編程技巧，且提供了豐富的矩陣處理功能，因

13、此控制理論領域的研究人員很快注意到了這樣的特點。尤其matlab應用在電氣自動化專業的畢業設計的計算機仿真上，更體現出它巨大的優越性和簡易性。mtalab系統由五個主要部分組成:(1)matalb語言體系。matlab是高層次的矩陣/數組語言。具有條件控制、函數調用、數據結構、輸入輸出、面向對象等程序語言特性。利用它既可以進行小規模端程，完成算法設計和算法實驗的基本任務，也可以進行大規模編程，開發復雜的應用程序。(2)matlab工作環境包括管理工作空間中的變量據輸入輸出的方式和方法，以及開發、調試、管理m文件的各種工具。(3)圖形圖像系統。這是matlab圖形系統的基礎，包括完成2d和3d數

14、據圖示、圖像處理、動畫生成、圖形顯示等功能的高層matlab命令，也包括用戶對圖形圖像等對象進行特征控制的低層matlab命令，以及開發gui應用程序的各種工具。(4)matlab數學函數庫。這是對matlab使用的各種數學算法的總稱。包括各種初等函數的算法，也包括矩陣運算、矩陣分析等高層次數學算法等。(5)matlab應用程序接口。這是matlab為用戶提供的一個函數庫，使得用戶能夠在matlab環境中使用c程序或fortran程序，包括從matlab中調用程序(如動態鏈接庫)，讀寫mat文件的功能。1.5本文所要完成的工作本文主要研究位置隨動控制系統的組成和運行原理，通過建立直流電機模型，

15、采用pid控制方法，從內向外依次設計電流環、轉速環和位置環，形成系統仿真模型。并在matlab軟件下進行仿真實驗，考察控制系統的性能指標。位置隨動系統中的給定量是經常變動的，是一個隨機量，并要求輸出量準確跟隨給定量的變化，輸出響應具有快速性、靈活性和準確性。為了保證系統的穩定性，并具有良好的動態性能，必須設有校正裝置，如在正向通道中設置串聯校正或并聯校正裝置等，為了提高位置隨動系統的控制精度，還需要增加系統的開環放大倍數或在系統中增加積分環節等。2 系統組成與工作原理2.1位置隨動系統組成結構在轉速、電流雙閉環調速系統的基礎上，外邊再設一個位置控制環，便形成三環控制的位置隨動系統，如圖2.1所

16、示。其中位置調節器apr就是位置環的校正裝置，它的類型和參數決定了位置隨動系統的系統誤差和動態跟隨性能，其輸出限幅值決定著電機的最高轉速7。圖2.1位置、轉速、電流三環控制的位置隨動系統2.2組成系統的主要部件分析2.2.1光電編碼器 位置隨動系統的穩態精度很大程度取決于位置檢測元件，本系統采用光電編碼器作為位置檢測元件。光電編碼器是一種通過光電轉換將輸出軸上的機械幾何位移量轉換成脈沖或數字量的傳感器，可以高精度測量被測物的轉角或直線位移量8。光電編碼器是由光柵盤和光電檢測裝置組成。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個長方形孔。由于光電碼盤與電動機同軸，電動機旋轉時，光柵盤與電動機同速旋

17、轉，經發光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號，其原理示意圖如圖2.2所示；通過計算每秒光電編碼器輸出脈沖的個數就能反映當前電動機的轉速。此外，為判斷旋轉方向，碼盤還可提供相位相差的兩路脈沖信號，根據超前與滯后的關系可以確定電機的轉向。按照輸出脈沖與對應位置關系的不同，光電編碼器有增量式和絕對式兩種，也有將兩者結合為一體的混合式編碼器。圖2.2光電編碼器原理圖1）增量式編碼器9。增量式光電編碼器是碼盤隨位置的變化輸出一系列的脈沖信號，然后根據位置變化的方向用計數器對脈沖進行加/減計數，以此達到位置檢測的目的。它是由光源、透鏡、主光柵碼盤、鑒向盤、光敏元件和電子線路組成。增量式光電

18、編碼器的工作原理是是由旋轉軸轉動帶動在徑向有均勻窄縫的主光柵碼盤旋轉，在主光柵碼盤的上面有與其平行的鑒向盤，在鑒向盤上有兩條彼此錯開相位的窄縫，并分別有光敏二極管接收主光柵碼盤透過來的信號。工作時，鑒向盤不動，主光柵碼盤隨轉子旋轉，光源經透鏡平行射向主光柵碼盤，通過主光柵碼盤和鑒向盤后由光敏二極管接收相位差的近似正弦信號，再由邏輯電路形成轉向信號和計數脈沖信號。為了獲得絕對位置角，在增量式光電編碼器有零位脈沖，即主光柵每旋轉一周，輸出一個零位脈沖，使位置角清零。利用增量式光電編碼器可以檢測電機的位置和速度。2）絕對式編碼器10。絕對編碼器是直接輸出數字量的傳感器，在它的圓形碼盤上沿徑向有若干同

19、心碼道，每條道上由透光和不透光的扇形區相間組成，相鄰碼道的扇區數目是雙倍關系，碼盤上的碼道數就是它的二進制數碼的位數，在碼盤的一側是光源，另一側對應每一碼道有一光敏元件；當碼盤處于不同位置時，各光敏元件根據受光照與否轉換出相應的電平信號，形成二進制數。這種編碼器的特點是不要計數器，在轉軸的任意位置都可讀出一個固定的與位置相對應的數字碼。顯然，碼道越多，分辨率就越高，對于一個具有n位二進制分辨率的編碼器，其碼盤必須有n條碼道。3）混合式絕對值編碼器。混合式絕對值編碼器，它輸出兩組信息：一組信息用于檢測磁極位置，帶有絕對信息功能；另一組則完全同增量式編碼器的輸出信息。2.2.2 pwm裝置脈沖調寬

20、功率放大器的開關頻率高，可以使系統獲得較快響應，并僅靠電樞電感濾波就可以得到脈動很小的電流11。pwm電路為橋式電路，雙極性工作制。它由三部分組成：三角波發生器、電壓比較器、功率放大器。工作原理為由三角波發生器產生幅度和頻率都固定的三角波，將此波與輸入控制電壓相加，再通過零比較，就可以得到占空比與控制電壓成線性關系的脈寬調制波，此波加在pwm功率放大器上，經放大加在力矩電機兩端。在一般的電力拖動自動控制系統中，pwm控制與變換器可以看成是一個滯后環節，其傳遞函數可以寫成 式中：pwm裝置的放大系數；pwm裝置的延遲時間。實際上延時時間是很小的，所以這種滯后環節可以看成是一個一階慣性環節，因此

21、2.2.3 m法測速利用定時器/計數器配合光電編碼器的輸出脈沖信號來測量電機的轉速，具體有3種測速方法：m法、t法和m/t法，本文采用了m法測速1。圖2.3 m法測速原理圖在一定的時間內測取旋轉編碼器輸出的脈沖個數，用以計算這段時間倍的平均轉速，稱作法測速。把除以就可得到旋轉編碼器輸出脈沖的頻率，所以又稱頻率法。電動機每轉一圈共產生個脈沖（=倍頻系數編碼器光柵數），把除以就得到電動機的轉速。在習慣上，時間以秒為單位，而轉速是以每分鐘的轉數為單位，則電動機的轉速為 在上式中，和均為常值，因此轉速正比于脈沖個數。高速時大，量化誤差較小，隨著轉速的降低誤差增大，轉速過低時將小于1，測速裝置便不能正常

22、工作。所以法測速只適用于高速段。在實際的測量中，時間內的脈沖個數不一定正好是整數。如果要求測量的誤差小于規定的范圍，比如說是小于百分之一，那么就應該大于50。在一定的轉速下要增大檢測脈沖數以減小誤差，可以增大檢測時間單考慮到實際的應用檢測時間很短，隨動系統中的測量速度用于反饋控制，一般應在0.01秒以下。由此可見，減小測量誤差的方法是采用高線數的光電編碼器。3 系統仿真模型設計為了使轉速負反饋、電流負反饋和位置負反饋分別起作用，系統中設置了電流調節器acr、轉速調節器asr和位置調節器apr。要獲得良好的動、靜態性能，acr一般都采用pi調節器，asr一般采用pi調節器。apr位置環一般也采用

23、pi調節器，在系統運行時要求達到足夠高的位置控制精度、位置跟蹤精度和足夠快的跟蹤速度。要想得到調節器的仿真模型表達式，首先要計算得到電機的模型參數。3.1電機仿真模型電動機參數12：額定電壓，額定電流，額定轉速，電樞電阻，總電阻，電感,整流裝置滯后時間常數，機電時間常數，濾波時間常數，過載倍數,電流反饋系數，轉速反饋系數。其特點是能經常工作在堵轉和低速狀態，故適用于在位置或低速隨動系統中作為執行元件。通過改變加在電樞兩端的電壓來控制電機的運行，其等效結構圖如圖3.1所示。圖3.1直流電機結構圖直流電機中，電樞電流與磁場相互作用而產生電磁轉矩，與電樞電流成正比： 式中是電動機轉矩系數，是電樞電流

24、產生的電磁轉矩。電動機軸上的轉矩平衡方程： 式中：電動機和負載折算到電動機軸上的轉動慣量。：電動機和負載折算到電動機軸上的粘性摩擦系數。當電樞旋轉時產生的反電勢，其大小與激磁磁通及轉速成正比，方向與電樞電壓相反，即 電樞回路電壓平衡方程： 在零初始條件下對上式進行拉式變換得： 整理后，可得到傳遞函數： 式中，為電樞回路電磁時間常數。由式式中消去中間變量、及便可以得到以為輸出量，以為輸入量的直流電動機微分方程為： 式經拉氏變換得直流電機的傳遞函數為： 由于電樞電路電感較小，通常忽略不計，因此，式可簡化為： 式中是電力拖動系統機電時間常數，為電動機的傳遞系數。，可以求得，。在matlab軟件中建立

25、電機仿真模型：圖3.2電機的數學模型至此，已經得到了伺服電機的數學模型，得到了傳遞函數的基本形式。3.2電流環的仿真模型設計3.1.1電流環及其特點在高精度隨動控制中，高精度、快速響應的電流環成為核心問題。只有良好的電流環特性才能為良好的速度控制和位置控制奠定基礎。電流環的作用包括以下方面：(1)對電網波動起及時抗擾作用；(2)啟動時，保證電機獲得最大啟動電流；(3)正常運行時，使電流跟隨速度環輸出的變化；(4)堵轉時，限制最大輸出電流，防止燒毀電機及驅動器；(5)由于增加了電流環，改變了系統結構，加快了電流調節能力，使控制性能得到了改善。在工程設計中,控制系統調節器的設計方法一般原則:“先內

26、環后外環”,從內環開始，逐個設計調節器。對于三環位置隨動系統，應首先設計電流環的調節器，再設計轉速調節器，最后是位置調節器。電流環是三環結構系統的內環，它的一個重要作用就是保持電樞電流在動態過程中不超過允許值，突加控制作用時超調量越小越好。電流環的控制對象是雙慣性型的，兩個慣性時間為一常數比，根據自動控制的理論，一般情況下，多按典型i型系統來設計電流環，這樣的電流環既具有i型穩態精度，在動態跟隨性能上超調也很小，以保持電樞電流恒定，抗擾動的恢復時間也較短。由于電流環控制對象是雙慣性的，所以采用pi調節器，下面使用pi算法實現隨動控制系統電流環的控制。3.1.2電流調節器結構及其參數電流調節器的

27、傳遞函數為，其中電流調節器比例系數；電流調節器的超前時間常數。電流環小時間常數之和。為了讓調節器零點與控制對象的大時間常數極點對消，選擇，電流環開環增益要求，取，故有，于是acr的比列系數。3.1.3檢驗近似條件電流環截止頻率，晶閘管整流裝置傳遞函數近似條件（滿足近似條件），忽略反電動式變化對電流環動態影響條件（滿足近似條件），電流環小慣性群的近似條件（滿足近似條件）。3.1.4計算調節器電阻電容在調節器中，按所用運算放大器取，各電阻和電容值為，,取，取，按照上述參數，電流環可以達到的動態跟隨性指標為，滿足設計求。通過以上計算可以得到電流調節器的傳遞函數為 3.2轉速環的仿真模型設計3.2.1

28、轉速環及其特點速度調節器是影響pwm直流脈寬伺服系統性能的關鍵因素。速度環的作用主要包括在以下方面：(1)對負載波動起抗擾作用；(2)速度pi調節器的輸出決定最大電流；(3)正常運行時，使速度跟隨給定變化。對于一般無位置環的轉速電流雙環系統，其轉速環大都按典型二階系統設計。但是對于位置轉速電流的三環系統，轉速環外還有位置環，轉速環應按典型i型系統設計，此時轉速調節器選用比例積分調節器。為了實現轉速無靜差，在負載擾動作用點前面必須有一個積分環節，它應該包含在轉速調節器asr中。按照工程經驗，轉速超調量，下面使用pi算法實現位置隨動控制系統轉速環的控制。3.2.2轉速調節器結構及其參數轉速調節器的

29、傳遞函數。首先要確定電流環等效時間常數，在電流環設計中已取，根據所用電機紋波情況，轉速濾波時間常數，轉速環小時間常數，按小時間常數近似處理，取。按跟隨和抗干擾性能都較好的原則，取中頻寬，則asr的超前時間常數為，這樣可以得到轉速環開環增益，于是，可得到asr的比例系數為。3.2.3檢驗近似條件因為轉速環截止頻率為：，電流環傳遞函數簡化條件為：，滿足簡化條件。轉速環小時間常數近似處理條件為：，滿足近似條件。3.2.4校核轉速超調量時，1，不能滿足設計要求，實際上，由于是按線性系統計算的，而突加階躍給定時，asr飽和，不符合線性系統的前提，應該按asr退飽和的情況重新計算超調量。由得，當空載啟動時

30、，負載系數，由此可得，滿足設計要求。 通過以上計算可以得到轉速調節器的傳遞函數為 3.3位置環的仿真模型設計按照傳統的工程設計方法設計出隨動控制系統的電流環和轉速環，位置環為系統三閉環控制的最外環，下面嘗試把轉速環化簡，從而再對轉速環進行pi串聯校正，得到的校正函數就是位置環的傳遞函數。為了方便表示，轉速環內的傳遞函數分別用、代替，電機的電勢系數，電流環和轉速環的反饋系數分別用、代替。依據方框圖一步一步化簡。圖3.3轉速環方框圖圖3.4轉速環簡化方框圖從轉速環簡化方框圖中可以看出，化簡的表達式會越來越繁瑣，在進行pi串聯校正時所得出的位置調節器傳遞函數表達式不一定是正確的。三環控制的位置隨動系

31、統的電流環的控制對象就是雙慣性環節，而電流環在轉速環里，通過pi調節器串聯校正可等效為一階慣性環節，而轉速環在位置環里通過pi調節器串聯校正可等效為雙慣性環節。可以理解為雙慣性環節的被控對象經兩次校正后還可等效為雙慣性環節。由工程計算法得到系統的位置對象12正好是一個一階積分環節，位置環的被控對象就是積分雙慣性環節。因此可以根據工程計算法得到的位置調節器的模型為 4 系統仿真4.1對位置隨動系統電流環進行仿真前面已經得到了電機模型的傳遞函數，pwm裝置的傳遞函數和電流調節器的傳遞函數，電流環的反饋系數可以由工程經驗所得。在matlab軟件中的simulink模塊中搭建電流環的模型，如圖4.1所

32、示。圖4.1電流環模型對電流環進行時域仿真，可以得到階躍響應曲線，如圖4.2所示。圖4.2電流環的階躍響應曲線從圖4.2可以求得時域響應性能指標：超調量；峰值時間；調節時間。在階躍響應測試中，達到了滿意的響應。輸出響應曲線有一個小的超調，隨后都能實現穩定無差。4.2對位置隨動系統轉速環進行仿真前面已經對電流環進行仿真，轉速環是在電流環外面的一個環，在控制算法設計中得到了轉速環的傳遞函數。同電流環一樣，轉速環的反饋系數可以由工程經驗所得。在matlab軟件中的simulink模塊中搭建電流環的模型，如圖4.3所示。圖4.3轉速環模型對電流環進行時域仿真，可以得到階躍響應曲線，如圖4.4所示。圖4

33、.4轉速環的階躍響應曲線從圖4.4可以求得時域響應性能指標：超調量；峰值時間；調節時間。在階躍響應測試中，達到了滿意的響應。輸出響應曲線有短時間的超調，隨后都能實現穩定無差。4.3對位置隨動系統進行仿真前面已經對電流環和轉速環進行了仿真，轉速環是在電流環外面的一個環，而位置環又是轉速環外面的一個環，在控制算法設計中得到了位置環的傳遞函數。同電流環和轉速環一樣，位置環的反饋系數可以由工程經驗所得。在matlab軟件中的simulink模塊中搭建整個位置隨動系統的模型，如圖4.5所示。圖4.5三環位置隨動系統模型對位置隨動系統進行時域仿真，可以得到階躍響應曲線，如圖4.6所示。圖4.6位置隨動系統

34、的階躍響應曲線從圖4.6可以求得時域響應性能指標：超調量；峰值時間；調節時間。在階躍響應測試中，系統達到了滿意的響應。輸出響應曲線有一個小的超調，隨后都能實現穩定且無差。一般來說，調速系統的動態性能指標以抗擾性能為主，而隨動系統的動態指標則以跟隨性能為主，位置隨動系統需要很強的跟隨性能，下面將對本次設計的三環隨動系統的動態性能進行驗證。把輸入信號改為鋸齒波，可以得到下面的響應曲線。跟隨曲線鋸齒波圖4.7位置隨動系統跟隨性能響應曲線從圖4.7可以看到，在鋸齒波輸入測試中可以看出，位置調節到指定點作了一次較明顯的波動，但其他時間給定與響應基本吻合，說明系統具有較好的跟隨性能，因此能實現快速和高精度

35、的位置控制。總結本文主要研究了位置隨動控制系統的組成和運行原理。為了使轉速負反饋、電流負反饋和位置負反饋分別起作用，系統中設計了電流調節器acr、轉速調節器asr和位置調節器apr。在控制方面采用的是傳統的pid控制。為了獲得良好的動、靜態性能，acr采用pi調節器，asr采用pi調節器。apr位置環也采用pi調節器，在系統運行時要求達到足夠高的位置控制精度、位置跟蹤精度和足夠快的跟蹤速度。通過構建數學模型，使用matlab軟件對這一控制方法進行仿真，考察控制系統的性能指標，并得到了滿意的控制結果。通過設計過程，培養了分析問題和解決問題的能力，文獻檢索和自學能力，撰寫論文的能力，提高外語閱讀和

36、翻譯水平。在設計過程中遇到了許多難題，其中最突出的部分就是一些參數的設定需要工程經驗。由于實驗條件和時間的限制，本文并沒有在硬件方面開展工作，沒有做出位置隨動系統的實物模型。另外本文只采用了傳統的pid控制，沒有考慮其他的智能控制方法，如模糊自適應pid控制，自適應控制，神經網絡控制，從實時性和模型的精確性的角度來分析這些復雜控制器實現的可行性，這還需要進一步驗證。參考文獻1陳伯時.電力拖動自動控制系統m.北京:機械工業出版社,2003.2王海英.控制系統的matlab仿真與設計m.北京:高等教育出版社,2009.3張崇巍,李漢強.運動控制系統m.武漢:武漢理工大學出版社,2002.4秦亮亮.

37、綜合數字隨動控制系統的實驗設計與開發d.哈爾濱工程大學碩士學位論文.2008.5胡壽松.自動控制原理m.北京:國防工業出版社,1994.6黃忠霖.控制系統matlab計算及仿真m.北京:國防工業出版社,2004.7劉玉倩,劉春生.基于arm微處理器的隨動系統實驗平臺開發d.南京航空航天大學碩士學位論文.2008.8爾桂花,竇曰軒.運動控制系統m.北京:清華大學出版社,2002.9阮毅,陳維均.運動控制系統m.北京:北京清華大學出版社,2006.10叢爽,李澤湘.實用運動控制技術m.北京:電子工業出版社,2006.11吳紅星.電機驅動與控制集成電路及應用m.北京:中國電力出版社,2006.12劉啟新.電機與拖動基礎m.北京:中國電力出版社,2005.13劉煜,張科,李言俊.一種位置隨動控制系統的建模與仿真研究j.彈箭與制導學報.2005,18(2):42-46.14周淵深.交直流調速系統與matlab仿真m.北京:中國電力出版社,2003.15王永蘭,胡琳靜,席東民.位置隨動系統的設計及仿真研究j.儀器儀表學報.2009