1、 1 引 言 位置随动系统是应用非常广泛的一类工程控制系统， 它属于自动控制系统中的一 类反馈闭环控制系统。随着科学技术的发展，在实际中位置随动系统的应用领域非常 广泛。随着机电一体化技术的发展，位置随动系统已成为现代工业、国防和高科技领 域中不可缺少的设备，是电力拖动自动控制系统的一个重要分支。 本次设计研究的是经典的三环位置随动系统， 即在转速和电流双闭环直流调速系 统的基础上，增加位置环的三环位置随动系统。位置随动系统需要实现位置反馈，所 以系统结构上必定要有位置环，位置环是随动系统重要的组成部分，位置随动系统的 基本特征体现在位置环上，根据给定信号与位置检测反馈信号综合比较的不同原理，
2、 位置随动系统分为模拟与数字式两类，本次设计的系统属于模拟式随动系统，本次设 计选用的模型是大功率三环位置随动系统。这种三环系统适用于大功率随动系统，特 点是给定量是一个随机变化的量，要求输出量准确跟随给定量的变化，同传统的电力 拖动中的调速系统一样，稳态精度和动态稳定也是系统必备的，在动态性能中，调速 系统多强调抗扰性，而位置随动系统更强调快速跟随性能。同其它的单环还是两环位 置随动系统相比，这种系统优点突出，在跟随性能上，控制精度高，输出响应的灵敏 性和准确性都要好于其它的随动系统，仅有输出响应的快速性不如单环位置随动系 统。然后我们要按工程法设计电流环和转速环的调节器，首先要设计的是直流
3、双闭环 调速系统，可参考电力拖动控制系统的设计方案，调节器按工程设计方法，转速和电 流环都采用典型I型系统，都采用PI调节器，位置环采用PID调节器同时选用典型II型 系统，可以弥补系统快速性差的不足，这种最终校正成II型系统的好处是没有系统误 差。 MATLAB软件在学术和许多实际领域中都得到广泛的应用，具有强大的数学计 算和绘图功能，尤其在动态系统仿真方面更有独到的优势。它提供的动态系统仿真工 具是众多仿真软件中功能最强大、最优秀、最容易实现的一种，可以有效地解决仿真 技术中的一些难题。所以，在将系统设计完善之后，我们要用到MATLAB软件进行 结果仿真，MATLAB软件能很好的体现三环位
4、置随动系统的特点。 2 第一章 位置随动系统的概述 1.1 位置随动系统的概念 位置随动系统也称伺服系统，是输出量对于给定输入量的跟踪系统，它实现的是 执行机构对于位置指令的准确跟踪。位置随动系统的被控量(输出量)是负载机械空间 位置的线位移和角位移，当位置给定量(输入量)作任意变化时，该系统的主要任务是 使输出量快速而准确地复现给定量的变化， 所以位置随动系统必定是一个反馈控制系 统。 位置随动系统是应用非常广泛的一类工程控制系统。 它属于自动控制系统中的一 类反馈闭环控制系统。随着科学技术的发展，在实际中位置随动系统的应用领域非常 广泛。例如，数控机床的定位控制和加工轨迹控制，船舵的自动操
5、纵，火炮方位的自 动跟踪， 宇航设备的自动驾驶， 机器人的动作控制等等。 随着机电一体化技术的发展， 位置随动系统已成为现代工业、国防和高科技领域中不可缺少的设备，是电力拖动自 动控制系统的一个重要分支。 1.2 位置随动系统的特点及品质指标 位置随动系统与拖动控制系统相比都是闭环反馈控制系统， 即通过对输出量和给 定量的比较，组成闭环控制，这两个系统的控制原理是相同的。对于拖动调速系统而 言，给定量是恒值，要求系统维持输出量恒定，所以抗扰动性能成为主要技术指标。 对于随动系统而言，给定量即位置指令是经常变化的，是一个随机变量，要求输出量 准确跟随给定量的变化，因而跟随性能指标即系统输出响应的
6、快速性、灵敏性与准确 性成为它的主要性能指标。位置随动系统需要实现位置反馈，所以系统结构上必定要 有位置环。位置环是随动系统重要的组成部分，位置随动系统的基本特征体现在位置 环上。根据给定信号与位置检测反馈信号综合比较的不同原理，位置随动系统分为模 拟与数字式两类。总结后可得位置随动系统的主要特征如下： 1位置随动系统的主要功能是使输出位移快速而准确地复现给定位移。 2必须具备一定精度的位置传感器，能准确地给出反映位移误差的电信号。 3电压和功率放大器以及拖动系统都必须是可逆的。 4控制系统应能满足稳态精度和动态快速响应的要求，其中快速响应中，更强 调快速跟随性能。 1.3 位置随动系统的基本组成 1.3.1 电位器式位置随动系统的组成 3 下面通过一个简单的例子说明位置随动系统的基本组成，其原理图如图1-1所示。 这是一个电位器式的小功率位置随动系统，有以下五个部分组成： 图1-1 电位器式位置随动系统原理图 1位置传感器 由电位器 1 RP和 2 RP组成位置传感器。 1 RP是给定位置传感器, 其转轴与操纵轮连接，发出转角给定信号 * m ； 2 RP是反馈位置传感
