毕业设计--位置随动系统的MATLAB计算及仿真

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1、内蒙古工业大学本科毕业设计说明书 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

2、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，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

3、的是直流双闭环调速系统，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

4、现三环位置随动系统的特点。 内蒙古工业大学本科毕业设计说明书 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

5、控机床的定位控制和加工轨迹控制，船舵的自动操纵，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

6、跟随性能指标即系统输出响应的快速性、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