自动控制课程设计-学位论文.doc

设计任务书引言：自动控制原理课程设计是该课程的一个重要教学环节，既有别于毕业设计，更不同于课堂教学。它主要是培养学生统筹运用自动控制原理课程中所学的理论知识，掌握反馈控制系统的基本理论和基本方法，对工程实际系统进行完整的全面分析和综合。一 设计题目：位置随动系统的分析与设计二 系统说明：该系统结构如下图所示其中：放大器增益为Ka=15，电桥增益,测速电机增益，Ra=7,La=10mH,J=0.005kg.m/s2,JL=0.03kg.m/s2,fL=0.08,Ce=1,Cm=3,f=0.1,Kb0.2,i=0.02三系统参量系统输入信号：系统输出信号：四设计指标设定：输入为r(t)=a+bt（其中：a=10， b=5） 在保证静态指标（ess0.3）的前提下， 要求动态期望指标：p15；ts5sec；五 基本要求：1. 建立系统数学模型传递函数；2. 利用根轨迹方法分析系统：（1） 作原系统的根轨迹草图；（2） 分析原系统的性能，当原系统的性能不满足设计要求时，则进行系统校正。3. 利用根轨迹方法综合系统：（1） 画出串联校正结构图，分析并选择串联校正的类型（微分、积分和微分-积分校正）；（2） 确定校正装置传递函数的参数；（3） 画出校正后的系统的根轨迹图，并校验系统性能；若不满足，则重新确定校正装置的参数。4. 完成系统综合前后的有源物理模拟电路；六 课程设计报告：1. 课程设计计算说明书一份；2. 原系统组成结构原理图一张（自绘）；3. 系统分析，综合用根轨迹图一张；4. 系统综合前后的模拟图各一张；5.总结（包括课程设计过程中的学习体会与收获、对本次课程设计的认识等内容）；6.提供参考资料及文献；7.排版格式完整、报告语句通顺、封面装帧成册一.系统说明1. 设计目的 本次设计是利用我们在自动控制原理中所学的知识，结合课外学习的知识，由一个特定要求的位置随动系统，建立系统模型，并计算分析其相关特性。当原系统不满足要求时，要对其进行校正。2. 系统原理（简介） 位置随动系统是反馈控制系统。被控制量是负载机械的线位移或角位移，当位置给定量任意变化时，要求输出量快速而准确的复现给定量的变化。随动系统又称“伺服系统”。这种控制系统的任务是首先要保持输出量的变化能够紧紧的随其输入的变化，并要求具有一定的跟随精度。特别要指出的是，在这种系统中，输入量的变化往往是任意的，是不能预先知道的。在输入量给定一个角度时，同位移监测装置发出一个误差信号，放大装置便有一个相应的输入信号，与此同时，反馈装置又把齿轮系转动的角度送入同位移检测装置，如此直至反馈角度的信号与输入角度的信号相等时，电动机停止转动，由于此轮系的角度是可以随时改变的，位置也就随时改变。Position servo system is feedback control system. Be control volume is loading machine line displacement or angular displacement, when the position to quantitative any changes, request output quickly and accurately to the repetition of quantitative change. Servo system and say servo system. This control system task is first to keep output change can tightly with its input changes, and has certain requirements with precision. Particularly want to point out is, in this system, the input amount of change is often arbitrary, is cant know in advance. In the input of a given an Angle, with displacement monitoring device sends a error signal, amplification device will have a corresponding input signal, at the same time, feedback device and put the gear rotating Angle of displacement detection device with into, so until the input signal and the feedback Angle Angle of the signal equals motor stop turning, due to the point of view of the gear is can always change, position will change from time to time.3. 各环节的性能，功能特性说明（1）电桥：电桥作为角位移传感器，在位置随动系统中是成对使用的。作为常用的位置检测装置，它的作用是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。(2)放大器：放大器的作用是将微弱的电流信号或者电压信号放大.(3)直流电机：直流电机是一个转动装置，在差压u的作用下带动负载和接收电位器的动笔一起旋转。 (4)测速电机：使用测速机在整个系统中构成PD控制器，反映的变化趋势，产生有效的早期修正信号，改善了系统的稳定性。(5)减速器：减速器将直流电机的速度降下来以加在接收电位器上，其中i为元件总减速比。4. 设计基本要求1.建立系统数学模型传递函数；2.利用根轨迹方法分析系统：（3） 作原系统的根轨迹草图；（4） 分析原系统的性能，当原系统的性能不满足设计要求时，则进行系统校正。3.利用根轨迹方法综合系统：（1）画出串联校正结构图，分析并选择串联校正的类型（微分、积分和微分-积分校正）；(2)确定校正装置传递函数的参数；(3)画出校正后的系统的根轨迹图，并校验系统性能；若不满足，则重新确定校正装置的参数。4.完成系统综合前后的有源物理模拟电路；5. 设计指标其中：放大器增益为Ka=15，电桥增益,测速电机增益，Ra=7,La=10mH,J=0.005kg.m/s2,JL=0.03kg.m/s2,fL=0.08,Ce=1,Cm=3,f=0.1,Kb0.2,i=0.02 设定：输入为r(t)=a+bt（其中：a=10， b=5）在保证静态指标（ess0.3）的前提下， 要求动态期望指标：p15；ts5sec；二.系统建模1.各个环节模型（1） 环节结构图（电路原理图）（2） 写出输入输出关系电桥：微分方程 )；拉氏变换：U放大器： 微分方程 ;拉氏变换：U电枢直流电机：;测速电机：微分方程 U 拉氏变换：;减速器：;拉氏变换：（3） 写出传递函数G(s),画出结构方框图u电桥：传递函数：G(S)=KK放大器： KaU(s)Ua(s)直流测速电机： (s)Ut(s)KtS电枢直流电动机： G(S)=Km/s(1+Tms)s减速器： G(S)=2.系统模型:系统的框图结构3.简化框图（1） 化简为单位负反馈（2） 系统的开环传递函数 三.系统分析1.原系统的根轨迹2. 稳定性分析 = D(S)=0 S=-20+71j s=-20-71j所以，原系统是稳定的。3. 稳态精度分析essess=esp+esv += 所以，该系统满足静态要求。5. 动态性能分析Wn=74.2 MP= =41%15% 不满足要求 ts=0.155 满足要求四.系统综合（设计）1.利用期望指标绘制根轨迹2. 设计校正规律和校正装置（电路图、装置参数） 采用串联矫正类型中的微分积分校正 取 (2)确定期望点：满足动态性能的闭环主导极点 因此有 =(3) 令求出不定点 所以由得到(4)计算根轨迹过希望点的根轨迹增益 Kg=64串联校正装置为 3.系统综合过程表达（Bode图上或根轨迹图上）五.系统物理模拟图1.原系统模拟图2.综合后系统模拟图六.设计小节（结论）1.设计体会（心得） 经过一周的努力，我终于完成了本次课程设计的设计任务。在设计的过程中,遇到了许多理论上和实际上的问题，发现平时的理论课学习还不够充分和扎实，理论和实际脱节，经过本次设计，在实际应用问题上充分运用了理论知识做知道，而这次设计也为理论做了广泛的延伸和深化。 感谢这次课程设计过程中给予我帮助的同学和老师，这次课程设计提高了我自己的实践能力，让我感到什么事情都不应该轻易放弃，只要努力就会有结果。2.对设计的建议3.参考文献1 胡寿松主编，1994，自动控制原理，第三版，北京：国防工业出版社2 刘植祯等编，1981，计算机控制，北京：清华大学出版社3 有本卓等编（熊昭琳译），1983，线性系统理论例题练习，北京，国防工业出版社4 吴麒主编，1990，自动控制原理，北京：清华大学出版社