自動控制原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告位置隨動系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師摘要本文對給定的某直流位置隨動位置隨動控制系統(tǒng)的方案圖進(jìn)行運(yùn)算與設(shè)計(jì)，得出了系統(tǒng)在階越信號和斜坡信號作用下的動態(tài)性能指標(biāo)與穩(wěn)態(tài)誤差，并在頻域內(nèi)分析了系統(tǒng)的幅值裕度和相軟件對與系統(tǒng)穩(wěn)定性有關(guān)的Nyquist圖和Bode圖進(jìn)行了輔助分析，進(jìn)而對系統(tǒng)串聯(lián)校正，使之達(dá)到了規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)。最后為系統(tǒng)設(shè)計(jì)出了相應(yīng)的模擬電路，并借助THBCC-2一般來說，隨動控制系統(tǒng)要求有好的跟隨性能。位置隨動系統(tǒng)是非常典型的隨動系統(tǒng)，是個(gè)位置閉環(huán)反饋系統(tǒng)，系統(tǒng)中具有位置給定，位置檢測和位置反饋環(huán)節(jié)，這種系統(tǒng)的各種參數(shù)都是連續(xù)變化的模擬量，其位置檢測可用電位器，自整角機(jī)，旋轉(zhuǎn)變壓器，感應(yīng)同步器等。位置隨動系統(tǒng)中的給只給定量是經(jīng)常變動的，是一個(gè)隨即量，并要求輸出量準(zhǔn)確跟隨給定量的變化，輸出響應(yīng)具有快速性，靈活性和準(zhǔn)確性。為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并具有良好的動態(tài)性能，必須設(shè)有校正裝置，如在正向通道中設(shè)置串聯(lián)校正裝并聯(lián)校正裝置等，為了提高位置隨動系統(tǒng)的控制精度，還需要增加系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)或在系統(tǒng)中增加積分環(huán)節(jié)關(guān)鍵詞：時(shí)域分析，頻域分析，串聯(lián)校正，模擬電路。sNyquistdiagramandBtechnologicalnorm,Atlastcontinuouschangpotentiometer,resolvers,inductosyn.etc,Thepositiaccuracy.InordertoensurethestabilityAnalysis,SeriesCorrection,AnalogCircuit.《自動控制原理》課程設(shè)計(jì)(簡明)任務(wù)書一.設(shè)計(jì)題目：位置隨動系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)二.系統(tǒng)說明：該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示U負(fù)載nRa=7Ω,La=10mH,J=0.005kg.m/s2,Jt=0.03三.系統(tǒng)參量1.在單位斜坡信號x(t)=t作用下，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差≤0.01;2.開環(huán)截止頻率w.>30;3.相位裕度γ>40°;1.建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型——傳遞函數(shù)；2.利用頻率特性法分析系統(tǒng)：3.利用頻域特性法綜合系統(tǒng)：4.完成系統(tǒng)綜合前后的有源物理模擬電路：六、課程設(shè)計(jì)報(bào)告：1.報(bào)告內(nèi)容(包括課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容、基本原理以及課程設(shè)計(jì)過程中參數(shù)的計(jì)算過程和分析過程);(2)原系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)原理圖一張(自繪);2.總結(jié)(包括課程設(shè)計(jì)過程中的學(xué)習(xí)體會與收獲、對本次課程設(shè)計(jì)的認(rèn)識等內(nèi)容);3.提供參考資料及文獻(xiàn)；4.排版格式完整、報(bào)告語句通順、封面裝幀成冊。一、系統(tǒng)說明(概述)1.設(shè)計(jì)目的(1)掌握自動控制原理課程中所學(xué)的理論知識。(2)掌握反饋系統(tǒng)的基本理論和方法，對工程實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行(3)掌握反饋系統(tǒng)的基本理論和方法，對工程實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)(4)掌握控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和校正方法。(5)掌握利用matlab對控制理論進(jìn)行分析，研究和仿真(6)提高分析問題和解決問題的能力。2.系統(tǒng)原理(簡介)(1)位置隨動系統(tǒng)原理框圖n減速器功率放大相敏電流圖2.1位置隨動系統(tǒng)原理框圖工作原理：用一對電位器作為位置檢測元件，并形成比較電路。兩個(gè)電位器分別將系統(tǒng)的輸入和輸出位置信號轉(zhuǎn)換成于志成比例的電壓信號，并作出比較。當(dāng)發(fā)送電位器的轉(zhuǎn)角0,和接受電位器的轉(zhuǎn)角0,相等時(shí)，對應(yīng)的電壓亦相等。因而電動機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)。假設(shè)是發(fā)送電位器的轉(zhuǎn)角按逆時(shí)針方向增加一個(gè)角度，而接受電位器沒有同時(shí)旋轉(zhuǎn)這樣一個(gè)角度，則兩者之間將產(chǎn)生角度偏差△θ。相應(yīng)地，產(chǎn)生一個(gè)偏差電壓，經(jīng)放大器放大后得到u,供給直流電動機(jī)，使其帶動負(fù)載和接受電位器的動筆一起旋轉(zhuǎn)，直到兩角度相等為止，即完成反3.各環(huán)節(jié)的性能、功能特性說明作為常用的位置檢測裝置，將角位移或者直線位移轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號的幅值或相位。自整角機(jī)作為角位移傳感器，在位置隨動系統(tǒng)中是成對使用的。與指令軸相連的是發(fā)送機(jī)，與系統(tǒng)輸出軸相連的是接收機(jī)。信號不僅反映角差的大小，而且要反映角差的極性。用作對控制信號進(jìn)行功率放大，以便驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)控制系(4)直流測速電動機(jī)：是隨動系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主要組成部分，對系統(tǒng)精度和快速性影響較大，要求伺服電動機(jī)轉(zhuǎn)動慣量小，過載轉(zhuǎn)矩大以提高系統(tǒng)的快速性。(5)減速器：測速發(fā)電機(jī)是用于測量角速度并將它轉(zhuǎn)換成電壓量的裝置。控制系統(tǒng)中常用的有直流和交流測速發(fā)電機(jī)。4.各部分元件傳遞函數(shù) 其中T=RJ/(R。fm+C,C)是電動機(jī)機(jī)電時(shí)間常數(shù)；K=C/(R??m+C?C,)是電動機(jī)傳遞系數(shù) (5)5.設(shè)計(jì)基本要求(1)建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型——傳遞函數(shù)；(2)利用頻率特性法分析系統(tǒng)：a.根據(jù)要求的穩(wěn)態(tài)品質(zhì)指標(biāo)，求系統(tǒng)的開環(huán)增益值；b.根據(jù)求得的值，畫出校正前系統(tǒng)的Bode圖，并計(jì)算出幅值穿越頻率、相位裕量，以檢驗(yàn)性能指標(biāo)是否滿足要求。若不滿足要求，則進(jìn)行系統(tǒng)校正。a.畫出串聯(lián)校正結(jié)構(gòu)圖，分析并選擇串聯(lián)校正的類型(超前、滯后和滯后-超前校正);b.確定校正裝置傳遞函數(shù)的參數(shù)；c.畫出校正后的系統(tǒng)的Bode圖，并校驗(yàn)系統(tǒng)性能指標(biāo)。若不滿足，則重新確定校正裝置的參數(shù)。(4)完成系統(tǒng)綜合前后的有源物理模擬電路：6.設(shè)計(jì)指標(biāo)(1)在單位斜坡信號x(t)=t作用下，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差e≤0.01;二、系統(tǒng)建模1.各個(gè)環(huán)節(jié)模型(1)環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)圖及傳遞函數(shù)作為常用的位置檢測裝置，將角位移或者直線位移轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號的幅值或相位。自整角機(jī)作為角位移傳感器，在位置隨動系統(tǒng)中是成對使用的。與指令軸相連的是發(fā)送機(jī)，與系統(tǒng)輸出軸相連的是接收在零初始條件下，拉式變換為u=k,0(s)圖2.1自整角機(jī)b.功率放大器：在零初始條件下，拉式變換為圖2.2放大器在零初始條件下，拉式變換為d.直流測速電動機(jī)：在零初始條件下，拉式變換為在零初始條件下，拉式變換為圖2.5減速器2.系統(tǒng)模型：系統(tǒng)的框圖結(jié)構(gòu)WWθEik系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖3.簡化框圖(1)化簡為單位負(fù)反饋結(jié)構(gòu)框圖如下：(2)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)開環(huán)傳遞函數(shù)：三、系統(tǒng)分析及綜合設(shè)計(jì)1.原系統(tǒng)頻域特性曲線由開環(huán)傳遞函數(shù)利用matlab求解系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)的幅值穿越頻率，相位裕量，截止頻率以下是程序：可得到截止頻率rad/s;相位裕度，幅值裕度其頻域特性曲線如圖(見附圖1):易知系統(tǒng)穩(wěn)定，亦可有其相位裕度>0,來確定該系統(tǒng)穩(wěn)定。3.穩(wěn)態(tài)精度分析因?yàn)殚_環(huán)傳遞函數(shù)，在單位斜坡信號x(t)=t作用下，根據(jù)單位斜坡信號穩(wěn)態(tài)誤差的求法：=,,=<0.01。所以該系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度滿足題目要求。4.動態(tài)性能分析(1)開環(huán)截止頻率=68.9272rad/s>=30rad/s,相位裕度<=40易知截止頻率滿足指標(biāo)要求，相位裕度不合要求，所以要進(jìn)行系統(tǒng)校正。可以通過壓縮頻帶寬度來改善相位裕度，采用滯后校正是合確定新的開環(huán)截止頻率°所以有希望的相位裕度’所以有取，則有二又因?yàn)椋?所以：=40所以新的開環(huán)截止頻率和新的相位裕度分別為：(4)計(jì)算高頻衰減率由于所以(5)計(jì)算兩轉(zhuǎn)折頻率、二bode圖如下(見附圖2):且可得截止頻率=34.6277rad/s,相位裕度為=,幅值裕度h=2.48。由給出的設(shè)計(jì)指標(biāo)可知所以原系統(tǒng)串上該校正裝置后滿足所要求的各項(xiàng)性能指標(biāo)5.對校正前后系統(tǒng)性能進(jìn)行比較可得到截止頻率rad/s;相位裕度，幅值裕度校正前，截止頻率rad/s;相角裕度；幅值裕度。對開環(huán)傳遞函數(shù)進(jìn)行串聯(lián)滯后校正，減小未校正系統(tǒng)中的中、高頻幅值，以降低系統(tǒng)截止頻率，從而提高相角裕度。故得到校正后，截止頻率=34.6277rad/s;相角裕度=;幅值裕度h=2.48。校正后，系統(tǒng)的相角裕度提高十五度，穩(wěn)定性變得更好。6.根據(jù)校正規(guī)律和和裝置參數(shù)設(shè)計(jì)校正裝置(電路圖)疊T五、設(shè)計(jì)小結(jié)(結(jié)論)1.設(shè)計(jì)體會(心得)通過這段時(shí)間的課程設(shè)計(jì)，從無知到認(rèn)知，到深入了解，漸漸了我喜歡上了這個(gè)全新的專業(yè)，讓我深刻的體會到學(xué)習(xí)過程是最美的。在整個(gè)課程設(shè)計(jì)過程中，我每天都有很多新的體會。最終經(jīng)過一周的奮戰(zhàn)，課程設(shè)計(jì)完成了，在沒有做課程設(shè)計(jì)之前覺得課程設(shè)計(jì)只是對這個(gè)學(xué)科所學(xué)知識的總結(jié)，但通過這次課程設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)自己的看法片面。課程設(shè)計(jì)不僅是對所學(xué)知識的一種檢驗(yàn)，而且也是對自己能力的提高。通過課程設(shè)計(jì)，讓我更加明白學(xué)習(xí)是一個(gè)長期的積累過程，經(jīng)后的工作、生活中應(yīng)該不段的學(xué)習(xí)，努力提高知識和綜合能力。設(shè)計(jì)過程中，我查閱了大量的有關(guān)資料，并與同學(xué)交流，學(xué)到了不少知識，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲還是很多的。在設(shè)計(jì)中培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心。讓我充分體會到在創(chuàng)造過程中探索的艱辛和成功的喜悅。我的獨(dú)立思考能力得到了相應(yīng)的提高，在設(shè)計(jì)過程中，我不僅學(xué)到了知識，也讓我感到了生活的充實(shí)和學(xué)習(xí)的快樂，以及獲得知識的滿足。真正接觸了實(shí)踐，使我消除了從學(xué)校走向社會的恐懼心理，使我對未來充滿了信心，以良好的心態(tài)去面對社會。同時(shí)我也體驗(yàn)到了工作的艱辛，促使自己努力學(xué)習(xí)更多的知識，為自己今后的工作奠定良好的基礎(chǔ)。2.對設(shè)計(jì)的建議這次課程設(shè)計(jì)讓我體會很多。首先，要做好這門課程設(shè)計(jì)必須要有先進(jìn)的理論作為指導(dǎo)，以理論指導(dǎo)實(shí)際，用實(shí)際去檢驗(yàn)真理，讓我們更加深入的去體會并認(rèn)識我們所學(xué)的這門課程，從中發(fā)現(xiàn)自身的問題，及其他學(xué)習(xí)方面的不足，結(jié)合這一周以來我在這么課程設(shè)計(jì)當(dāng)中發(fā)現(xiàn)并遇到的問題，我認(rèn)為我們在學(xué)習(xí)當(dāng)中理論性太強(qiáng)，就是平時(shí)所學(xué)的基本上都是理論知識，很少注重與實(shí)際結(jié)合這一方面，造成很多同學(xué)就不知道學(xué)習(xí)門課程到底對人們的生活有哪些影響，怎樣應(yīng)用這門課來改善我們的生活。當(dāng)然，如果給我們一個(gè)現(xiàn)實(shí)生活中的一個(gè)實(shí)物讓我們?nèi)シ治鲅芯浚蔷透须y度了，因?yàn)楸旧韺W(xué)的都是理論，很少去接觸實(shí)際應(yīng)用的環(huán)節(jié)，又沒有受到專門的建模指導(dǎo)，很難把實(shí)際的物理模型轉(zhuǎn)化為便于研究的數(shù)學(xué)模型，這就為我們的建模造成了一定的困難，也影響了我們的進(jìn)度。其次，因?yàn)檫@門課程設(shè)計(jì)要求我們進(jìn)行框圖的繪制，模擬圖的繪制，并進(jìn)行系統(tǒng)的模擬仿真，需要我們用到相應(yīng)的軟件，并進(jìn)行相應(yīng)的操作，但是自己只在大二學(xué)過autocad畫圖工具外，沒學(xué)過其他的了，而仿真軟件基本上都沒學(xué)過，所以這在很大程度上影響了課程設(shè)計(jì)的進(jìn)程，也影響了設(shè)計(jì)的質(zhì)量。綜上，我覺的我們在加強(qiáng)理論學(xué)習(xí)的同時(shí)也應(yīng)該注重實(shí)際物理環(huán)節(jié)介紹，讓我們學(xué)以致用，充分發(fā)揮學(xué)習(xí)的重要價(jià)值。同時(shí)我們也應(yīng)該及時(shí)開設(shè)相應(yīng)課程的學(xué)習(xí)。3.致謝信在設(shè)計(jì)過程中，也進(jìn)一步礪練了自己，增強(qiáng)了獨(dú)立發(fā)現(xiàn)問題、思考并解決問題的能力，相信這些能力對于將來走進(jìn)就業(yè)崗位都會有極大地益處。總而言之，在這一周的實(shí)踐中，我學(xué)到了許多有益的東西，這些東西都是很寶貴的財(cái)富。在此特別感謝***老師，她嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致，一絲不茍的作風(fēng)深深的感染了我。她在百忙之余抽出時(shí)間進(jìn)行耐心細(xì)致的指導(dǎo)，再次由衷的向她表示感謝。在設(shè)計(jì)過程中也同樣得到了其他同學(xué)的熱心幫助，在此向他們表示感謝。由于時(shí)間的倉促以及本人能