位置随动系统的滞后校正设计

武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书题目：位置随动系统的滞后校正设计初始条件：图示为一位置随动系统，放大器增益为Ka=40，电桥增益3K,测速电机增益0.16tkV.s，Ra=7.5Ω，La=14.25mH，J=0.0062kg.m2，Ce=Cm=0.42N.m/A,f=0.18N.m.s,减速比i=10。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）（1）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。（2）求出开环系统的截止频率、相角裕度和幅值裕度，并设计滞后校正装置，使得系统的相角裕度增加10度。（3）用Matlab对校正前后的系统进行仿真分析，比较其时域响应曲线有何区别，并说明原因。（4）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2武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书编写程序1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：年月日武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书目录摘要....................................................................................................................................................................I绪论..................................................................................................................................................................II1设计任务及要求的分析...................................................................................................................11.1设计任务............................................................................................................................................11.2设计要求分析...................................................................................................................................12位置随动系统原理说明.....................................................................................................................22.1位置随动系统原理图及原理说明..............................................................................................22.2部分电路分析...................................................................................................................................32.2.1自整角机...............................................................................................................................32.2.2功率放大器...........................................................................................................................42.2.3两相伺服电动机.................................................................................................................42.2.4测速发电机...........................................................................................................................42.2.5减速器....................................................................................................................................52.3各元部件传递函数.........................................................................................................................52.4位置随动系统的结构框图............................................................................................................62.5位置随动系统的信号流图............................................................................................................62.6相关函数的计算..............................................................................................................................62.7对系统进行Matlab仿真..............................................................................................................83加入校正装置后的系统分析..........................................................................................................93.1校正目的............................................................................................................................................93.2滞后网络进行串联校正的基本原理..........................................................................................93.3滞后网络的传递函数.....................................................................................................................93.4对校正后的系统进行Matlab仿真..........................................................................................104对校正前后装置进行比较.............................................................................................................12心得体会.....................................................................................................................错误!未定义书签。参考文献......................................................................................................................................................14武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书I摘要随动系统是一种反馈控制系统。其参考输入是变化规律未知的任意时间函数,输出量是机械位移、速度或者加速度。随动控制系统的任务是使被控量按同样规律变化并与输入信号的误差保持在规定范围内。滞后校正是利用滞后网络或PI控制器的高频幅值特性，使已校正系统截止频率下降，从而使系统获得足够的相裕角。本次课程设计研究的是通过设计滞后校正装置对位置随动系统的校正，增加系统的相角裕度，提高系统的稳定程度。本次课程设计的说明书将设计PD控制装置，改善系统的阻尼比，通过分析比较校正前后系统相应时域曲线的区别，深入了解本课题的含义，从而加强对课本知识的巩固和提高。关键词：随动系统滞后校正相位裕度稳定度武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书II绪论随动控制系统又名伺服控制系统，位置随动系统是一种位置反馈控制系统，因此，一定具有位置指令和位置反馈的检测装置，通过位置指令装置将希望的位移转换成具有一定精度的电量，利用位置反馈装置随时检测出被控机械的实际位移，也把它转换成具有一定精度的电量，与指令进行比较，把比较得到的偏差信号放大以后，控制执行电机向消除偏差的方向旋转，直到达到一定的精度为止。这样，被控制机械的实际位置就能跟随指令变化，构成一个位置随动系统。这种系统在军事上应用最为普遍，如数控机床的刀具给进和工作台的定位控制，工业机器人的工作动作，导弹制导、火炮瞄准等控制技术的发展，使随动系统得到了广泛的应用。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。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有微分方程、差分方程和状态方程；复数域中有传递函数、结构图；频域中有频率特性等。所谓校正，就是在系统中加入一些其参数可以根据需要而改变的机构或装置，使系统整个特性发生变化，从而满足给定的各项性能指标。按校正装置在系统中的位置不同，系统校正分为串联校正、反馈校正和复合校正。按校正装置的特性不同，又可分为PID校正、超前校正、滞后校正和滞后-超前校正。这里我们主要讨论串联校正。滞后校正是利用滞后网络或PI控制器进行串联校正的基本原理，利用其具有负相移和负幅值的特斜率的特点，幅值的压缩使得有可能调大开环增益，从而提高稳定精