武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书1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:位置随动系统的超前校正初始条件：图示为一位置随动系统，放大器增益为Ka=20，电桥增益2.5K,测速电机增益0.12tkV.s，Ra=8Ω，La=15mH，J=0.0055kg.m2，Ce=Cm=0.38N.m/A,f=0.22N.m.s,减速比i=3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，并设计超前校正装置，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，比较其时域相应曲线有何区别，并说明原因。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2位置随动系统的超前校正1位置随动系统原理分析1.1系统原理分析工作原理：输入一定的角度r，如果输出角度c等于输入角度r，则电动机不转动，系统处于平衡状态；如果c不等于r，则电动机拖动工作机械朝所要求的方向快速偏转，直到电动机停止转动，此时系统处于与指令同步的平衡工作状态，即完成跟随。电枢控制直流电动机的工作实质：是将输入的电能转换为机械能，也就是有输入的电枢电压tua在电枢回路中产生电枢电流tia，再由电流tia与励磁磁通相互作用产生电磁转矩tMm，从而拖动负载运动。工作过程：该系统输入量为角度信号，输出信号也为角度信号。系统的输入角度信号r与反馈来的输出角度信号c通过桥式电位器形成电压信号u，电压信号u与测速电机的端电压tu相减形成误差信号u，误差信号u再经过放大器驱动伺服电机转到，经过减速器拖动负载转动。１.2部分电路图（1）自整角机：作为常用的位置检测装置，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。自整角机作为角位移传感器，在位置随动系统中是成对使用的。与指令轴相连的是发送机，与系统输出轴相连的是接收机。kkucr)(在零初始条件下，拉式变换为ssku武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书3（2）功率放大器：()[()()]aatutkutut在零初始条件下，拉式变换为()[()()]aatuskusus（3）电枢控制直流电动机：22()()()mmmmadtdtTkutdtdt在零初始条件下，拉式变换为2()()()mmmaTssskus（4）直流测速电动机：dttdktumtt)()(在零初始条件下，拉式变换为()()ttmusksskc图2自整角机结构图ruaku_tuau图3放大器结构图(1)KmssTm图4电枢控制直流电动机结构图mau武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书4（5）减速器：()()mctit在零初始条件下，拉式变换为()()mcsis1.3各部分元件传递函数（1）电桥：1()()()ssusGsks（2）放大器：2()()()aausGskus（3）测速机：3()()()ttmusGskss（4）电机：4()()()(1)mmamskGsussTs其中：()mamammeTRJRfCC=0.023是电动机机电时间常数;()mmammeKCRfCC=0.20是电动机传递系数（5）减速器：5()()()mcsGss1/imc图6减速器结构图sktKs图5直流测速电动机结构图mtu武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书51.4系统结构图由上述推导过程可得题目的系统结构图，如图1.2所示图1-2系统结构图1.5信号流图由结构图得信号流图如图1.3所示图1-3信号流图1.6相关函数的计算开环传递函数：rkc1/i(1)mmksTsuausktmak(1)mmksTsk1/itks—rcm武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书6skkksTsikkksGtmamma)1()(=24.60.0273.3SS=21.40.0082SS闭环传递函数：ikkkskkksTsikkksmatmamma)1()(=21.40.00821.4SS2系统的频域分析与超前校正设计2.1校正前系统的频域分析系统的开环传递函数为代入已知的数据可得开环传递函数的典型环节分解形式为：184.593.684.55722ssssG开环系统由三个典型环节串联而成：比例环节、积分环节、振荡环节1）确定个交接频率i，i=1及斜率变化值振荡环节：84.51，斜率减小40dB/dec2)因为1v，则低频渐近线斜率decdBk/203)绘制频率段1，decdBk/60对应的MATLAB程序如下：num=[57];sCKkCCfRsJRfLJsLiCKKsGmatemaaaama23ssssG8164.2344.30825.05723武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书7den=[0.08253.3442.81640];G=tf(num,den)gridon;m...
