第29卷 第10期2007年10月
武汉理工大学学报?信息与管理工程版JOURNAL OF WUT (I N FORMATI O N &MANAGE MENT ENGI N EER I N G )
Vol .29No .10
Oct .2007
文章编号:1007-144X (2007)10-0024-04
模糊控制在位置随动系统中的应用研究
张 涛1
,蒋静坪2
,薛鹏骞
1
(1.华北科技学院电子信息工程系,北京101601;2.浙江大学电气学院,浙江杭州310027)
摘 要:位置随动系统是一个不具有精确数学模型的系统,采用常规控制方法较复杂且效果不佳。利用模糊控制不需要被控对象具有精确数学模型也能对其进行控制的这一优点,详细给出了模糊控制器的设计过程和运行结果,取得了预期的控制效果,从而证明了模糊控制在位置随动系统中的应用价值。关键词:模糊控制;位置随动系统;智能控制中图法分类号:T M771 文献标志码:A
在控制工程中,有一些复杂被控对象或过程
的特性难以用一般物理及化学规律来描述,而且没有适当测试手段或测试仪器进入被测区,以致不能为其建立数学模型。对于这类不具有任何数学模型的被控对象或过程,应用传统的控制理论很难取得满意的控制效果。
然而,这类没有任何数学模型的被控对象或过程在人的手动操作下却往往能够正常运行,并能达到一定的预期效果。
模糊控制通过对操作者的学习、试验以及长期经验的总结,直接利用操作者在手动控制过程中处理模糊信息所表现的控制能力,吸取人脑识别和判决复杂被控对象的特点,按照一定的语言控制规则进行工作,利用心目中的模糊数量关系来建立系统的模糊控制模型,从而对被控对象或
过程实施控制[1]
。
因此,模糊控制器适用于控制那些因具有高度非线性,或参数随工作点的变动较大,或交叉耦合严重,或环境因素干扰强烈等因素,而不易获得精确数学模型和数学模型不确定或多变的一类被控过程。
位置随动系统中的位置变量具有不确定性,因而难以建立位置随动系统的精确数学模型,笔
者采用模糊控制策略对位置随动系统中的位置跟踪问题进行了应用研究。
1 模糊控制
1.1 概 述
模糊控制的基本思想是利用计算机来实现人的控制经验,而这些经验多是用语言表达的具有相当模糊性的控制规则。
模糊控制是一种基于规则的控制。它直接采用语言型控制规则,出发点是现场操作人员的控制经验或相关专家的知识,在设计中不需要建立被控对象的精确数学模型,因而使得控制机理和策略易于接受与理解,设计简单,便于应用。
模糊控制从工业过程的定性认识出发,比较容易建立语言控制规则,因而模糊控制对那些数学模型难以获取、动态特性不易掌握,以及变化非常显著的对象非常适用。
模糊控制系统的鲁棒性强,干扰和参数变化对控制效果的影响被大大减弱,尤其适合于非线性、时变及纯滞后系统的控制[2]
。1.2 模糊控制系统
模糊控制系统框图如图1所示。其中,s 为系统的设定值,y 为系统输出,e 和c
分别是系统偏
图1 模糊控制系统框图
收稿日期:2007-05-20.
作者简介:张 涛(1972-),男,黑龙江拜泉人,华北科技学院电子信息工程系博士.
差和偏差的微分信号,也就是模糊控制器的输入,u 为模糊控制器输出的控制信号,E 、C 、U 为相应的模糊量。由图1可知,模糊控制器主要包含3个功能环节:用于输入信号处理的模糊量化和模糊化环节,模糊控制算法功能单元,以及用于输出
解模糊化的模糊判决环节[3-4]
。1.3 模糊控制器的设计过程
模糊控制器是模糊控制系统的核心。模糊控制器设计的基本方法和主要步骤大致包括:
(1)定义变量。也就是决定程序被观察的状
况及考虑控制的动作,例如在一般控制问题上,输入变量有输出误差E 与输出误差变化率C,而控制变量则为下一个状态输入U 。其中,E 、C 、U 统称为模糊变量。
(2)模糊化。将输入值以适当的比例转换到
论域的数值,利用口语化变量来描述测量物理量的过程,依适合的语言值求该值相对的隶属度,此口语化变量称之为模糊子集合。
(3)知识库。包括数据库与规则库两部分,其
中数据库是提供处理模糊数据的相关定义;规则库则是由一群语言控制规则描述的控制目标和策略。
(4)逻辑判断。模仿人类判断时的模糊概念,
运用模糊逻辑和模糊推论法进行推论,而得到模糊控制信号。该部分是模糊控制器的精髓所在。
(5)解模糊化。将推论所得到的模糊值转换
为明确的控制信号,作为系统的输入值
[5]
。
2 位置随动系统
2.1 模糊控制器的结构
该位置随动系统采用前述的模糊控制系统框架,其中的模糊控制器为双输入单输出模糊控制器,其结构如图2所示
。
图2 双输入单输出模糊控制器
其中,属于论域X 的模糊集合E 取自系统误差e 的模糊化,属于论域Y 的模糊集合C 取自系统误差变化率c 的模糊化,二者构成模糊控制器的二维输入;属于论域Z 的模糊集合U 是反映控制量变化u 的模糊控制器的一维输出。
以下讨论位置随动系统中模糊控制器的具体设计过程。
2.2 模糊控制器的语言变量
模糊控制器的输人语言变量可选为位置随动系统中实际位置与位置给定值之间的误差及其变化率,即
e =y -y d c =
d e d t =d
d t
(y -y d )其中,y 为实际位置;y d 为位置给定值。模糊控制器的输出语言变量可选为步进电动机控制脉冲电压幅值的变化量u 。这样,就为位置随动系统选定了一个双输人单输出的模糊控制器。2.3 模糊化
模糊化的任务是将输入语言(包括误差、误差变化率)和输出语言变量(控制量变化)转化为模糊语言所表述的形式。
设误差e 的基本论域为[-30,+30],若选定模糊集合E 的论域为
X ={-6,-5,…,0,…,+5,+6}
则得误差e 的量化因子K e =6/30=1/5。同时,为语言变量E 选取8个语言值:P B 、P M 、PS 、P0、N0、NS 、NM 和NB 。
设误差变化率c 的基本论域为[-24,+24],若选定模糊集合C 的论域为
X ={-6,-5,…,0,…,+5,+6}
则得误差变化率c 的量化因子K c =6/24=1/4。同时,为语言变量C 选取7个语言值:P B 、P M 、PS 、0、NS 、NM 和NB 。
设控制量U 的基本论域为[-30,+30],若选定模糊集合U 的论域为
X ={-6,-5,…,0,…,+5,+6}
则得控制量变化u 的比例因子K u =36/6=6。同时,为语言变量U 选取7个语言值:P B 、P M 、PS 、0、NS 、NM 和NB 。
通过笔者的实践经验,可确定出在论域X 、Y 、Z 上用以描述上述各模糊子集的隶属函数μ(x ),
并据此分别建立语言变量E 、C 、U 的赋值表。2.4 模糊控制规则
模糊控制规则是模糊控制器的核心,规则的正确与否直接影响控制器的性能,而规则数目的多寡也是一个重要因素。
将操作者手动控制策略进行总结,可得出一组由56条模糊条件语句所构成的控制规则;再将这些模糊控制条件语句加以归纳,可建立起反映位置随动系统控制规则的模糊控制状态表,如表1所示。
5
2第29卷 第10期张 涛,等:模糊控制在位置随动系统中的应用研究
表1 模糊控制状态表
C
E
NB NM NS N0P0PS P M P B
NB P B P B P B P M P M P M NM NB
NM P B P B PS P M P M P M NM NB
NS P B P M PS PS PS PS NM NB
0P B P M PS00NS NM NB
PS P B P M NS NS NS NS NM NB
P M P B P M NM NM NM NS NS NB
P B P B P M NM NM NM NS NB NB
模糊控制状态表中的每一条模糊控制条件语
句都决定一个模糊关系,共有56个模糊关系R
i (i=1,2,…,56)。通过56个模糊关系的“并”运算,就可获得表示位置随动系统控制规则的总的模糊关系R,即
R=R1∨R2∨…∨R56
其中,模糊关系R
i
(i=1,2,…,56)和R均可以离线计算,提高控制系统的实时性。
2.5 模糊推论及解模糊化
对于常规模糊控制器,从模糊控制规则表获得模糊控制查询表,需要进行极大极小合成推理运算,工作量极大。
而基于模糊控制规则直接建立的模糊数模型,只需将模糊控制规则表中的模糊子集换成相应的模糊数,就可得到所需的模糊数模型。因此,只需将表1中的模糊子集换成相应的模糊数模型,就可获得到模糊控制查询表。
在实行模糊控制时,将许多控制规则进行上述推论演算,然后结合各个由演算得到的推论结果获得控制输出。
3 仿真实验结果及结论
仿真实验对象为由交流永磁同步伺服电动机所组成的位置随动系统[6]。电动机的参数为:额
定转速n
r
=2000r/m in,额定电流i r=6A,绕组电阻R=1.2Ω,电感L=4.2mH,转动惯量J= 0.0009kg?m2。
仿真实验环境采用Matlab语言环境,信号采样频率为4800Hz,采样时长为0.1s。
利用模糊控制器对位置随动系统的控制过程如下:
(1)按照前述的过程对模糊控制器进行设计。
(2)给定被控对象的不同的理想输出位置信号。
(3)计算被控对象的理想输出位置信号与实际输出位置信号的差异(即系统偏差信号e)及其变化量(即系统偏差的微分信号c)。
(4)将系统偏差信号e和系统偏差的微分信号c分别模糊化,生成模糊变量E、C。
(5)将模糊变量E、C代入模糊控制器,即利用模糊控制规则表模糊控制变量U。
(6)再将模糊控制变量U解模糊化,可得到常规控制信号u,即可以用于控制被控对象,调整位置随动系统的位置,从而实现模糊控制过程。
为了验证模糊控制器的控制效果,给定位置随动系统的理想输出位置信号分别为阶跃信号、指数信号、正弦波信号和三角波信号。图3～图6为位置随动系统对不同位置信号的跟踪结果,各图中I deal曲线为给定的系统理想输出位置信号, Real曲线为系统的实际输出位置信号
[7-8]。
由位置随动系统对不同信号的跟踪结果,可看出:
(1)模糊控制器不需要了解被控对象的精确数学模型,可以从近似的模糊子集和规则开始调试,再一步步地调整参数,逐步得以优化系统。
(2)模糊控制具有可靠性高的特点,即使一条控制规则出现问题,其他规则可以对它进行补偿,系统仍能对被控对象进行良好的控制。
图3 阶跃信号的跟踪结果
图4 指数信号的跟踪结果
62武汉理工大学学报?信息与管理工程版2007年10月
图5
正弦波信号的跟踪结果
图6 三角波信号的跟踪结果
(3)从跟踪结果可以看出,模糊控制系统对外
界环境的变化并不十分敏感,从而使它具有良好的鲁棒性,而且保持足够的灵敏度。
综合而言,模糊控制具有开发方便、适应性强、可靠性高、性能优良和效果显著的特点,因而在位置随动系统的控制中能够发挥良好的作用。参考文献:
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出版社,1995.
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Appli ca ti on of Fuzzy Con trol i n Positi on Follow -up System
ZHAN G Tao,J I AN G J ingping,XU E Pengqian
Abstract:The common contr olmethod f or positi on foll ow -up syste m cannot achieve good results because of its inaccuracy mathe 2matical model .According t o the merit of fuzzy contr ol that needn ’t inaccuracy mathe matical model of contr olled p lant,the design p r ocess and si m ulati on calculati ons of app lying fuzzy contr oller t o the positi on f oll ow -up syste m are p resented .The tracing results sho w desired results with high precisi on and vel ocity .And the fuzzy contr ol is p r oved t o be applicable in positi on f oll o w -up syste m .Key words:fuzzy contr ol;positi on foll ow -up system;intelligent contr ol
ZHANG Tao:Doct or;Electr onic I nf or mati on Engineering Depart m ent,North China I nstitute of Science and Technol ogy,Beijing 101601,China .
[编辑:王志全]
7
2第29卷 第10期张 涛,等:模糊控制在位置随动系统中的应用研究
摘要 随动系统是指系统的输出以一定的精度和速度跟踪输入的自动控制系统，并且输入量是随机的，不可预知的，主要解决有一定精度的位置跟随问题，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。在现代计算机集成制造系统（CIMC）、柔性制造系统（FMS）等领域，位置随动系统得到越来越广泛的应用。 位置随动系统要求输出量准确跟随给定量的变化，输出响应的快速性、灵活性和准确性为位置随动系统的主要特征。 本次课程设计研究的是位置随动系统的超前校正，并对其进行分析。 关键词：随动系统超前校正相角裕度
目录 1 位置随动系统原理 (1) 1.1 位置随动系统原理图 (1) 1.2 各部分传递函数 (1) 1.3 位置随动系统结构框图 (4) 1.4 位置随动系统的信号流图 (4) 1.5 相关函数的计算 (4) 1.6 对系统进行MATLAB仿真 (5) 2 系统超前校正 (6) 2.1 校正网络设计 (6) 2.2 对校正后的系统进行Matlab仿真 (8) 3 对校正前后装置进行比较 (9) 3.1 频域分析 (9) 3.2 时域分析 (9) 4 总结及体会 (10) 参考文献 (12)
位置随动系统的超前校正 1 位置随动系统原理 1.1 位置随动系统原理图 图1-1 位置随动系统原理图 系统工作原理： 位置随动系统通常由测量元件、放大元件、伺服电动机、测速发电机、齿轮系及绳轮等组成，采用负反馈控制原理工作，其原理图如图1-1所示。 在图1-1中测量元件为由电位器Rr 和Rc 组成的桥式测量电路。负载固定在电位器Rc 的滑臂上，因此电位器Rc 的输出电压Uc 和输出位移成正比。当输入位移变化时，在电桥的两端得到偏差电压ΔU=Ur-Uc ，经放大器放大后驱动伺服电机，并通过齿轮系带动负载移动，使偏差减小。当偏差ΔU=0时，电动机停止转动，负载停止移动。此时δ=δL ,表明输出位移与输入位移相对应。测速发电机反馈与电动机速度成正比，用以增加阻尼，改善系统性能。 1.2 各部分传递函数 (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。 12()(()())()u t K t t K t εεθθθ=-=? (1-1) 零初始条件下，对上式求拉普拉斯变换，可求得电位器的传递函数为
目录 一、设计题目 (2) 二、设计报告正文 (3) 摘要 (3) 关键词 (3) （报告正文内容） (3) 三、设计总结 (22) 四、参考文献 (22)
一．设计题目 题3：位置随动系统校正 该随动系统通过控制信号θi 通过与检测信号ω相减的角度误差经过相敏放大和可控硅功率放大，通过电机带动拖动系统，经过减速器减速得到需要转动的角度θo 。 o 图1位置随动系统 其中，相敏其中可调放大系数K1=1，可控硅滤波放大环节K2=800，伺服电机系统等 效模型为1 1+s T L ，滤波器时间常数TL=0.25秒，伺服电机电机拖动及减速器系统系 统数学模型为)1(1 +s T s M ，其时间常数TM=0.2秒。 1、写出系统传递函数，并简述各部分工作原理。 2、画出未校正系统的Bode 图，分析系统是否稳定。 3、画出未校正系统的根轨迹图，分析闭环系统是否稳定。 4、设计一个校正装置进行串联校正。要求校正后的系统满足指标： （1）超调量<15%，（2）调整时间<1.5s ，（3）相角稳定裕度>55deg ，（4）幅值稳定裕度>65dB 5、计算校正后系统的剪切频率ωcp 和-π穿频率ωcs 。 6、给出校正装置的传递函数数。 7、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图，并进行分析。 8、设计PID 控制器，实现闭环控制，仿真系统的阶跃相应曲线。 9、分析控制参数Kp ，Ki ，Kd 对系统动态响应的影响。 10、在SIMULINK 中建立系统的仿真模型，在前向通道中分别接入饱和非线性环节和回环非线性环节，观察分析非线性环节对系统性能的影响。 二、要求： 1、给出设计、校正前系统性能分析、拟采取的解决方案、方法及分析。 2、校正步骤、思路、计算分析过程和结果，建立控制、校正装置的simulink 模。
位置随动控制系统设计与实现 王桂霞, 李 媛 (中国船舶重工集团公司第704研究所,上海 200031) 摘 要:计算机控制系统是保证位置随动系统功能和性能的重要部分,文中结合船用仿真 转台阐述了多机集散控制结构形式的位置随动转台的计算机控制系统方案,并以某位置随动转台为背景,对系统工程实现中的接口电路设计、电机、伺服放大器以及采样频率选取、程序设计等一系列问题进行了讨论,设计结果在位置随动试验样机中应用取得了良好效果. 关键词:位置随动;控制系统;采样频率;设计 中图分类号:T M571,TP273 文献标识码:A 文章编号:100528354(2007)1220029204 Desi gn and reali zati on of control syste m of rando m positi on WANG Gui 2Xia,L I Yuan (No .704Research I nstitute,CSI C,Shanghai 20031,China ) Abstract :The co m puter control syste m is an i m portant part of guaranteeing perfor m ance of control syste m of rando m position .Co m bining the m arine si m ulation turntable,this paper set forth the co m puter control syste m sche m e on the rando m position turntable w ith m ulti 2co m puter distributes control structure .Then taking a certain turntable of rando m position as background,it respectively discussed such key proble m s of syste m engineering re 2alization as the interface circuit design,choice of m otor ,servo am plifier and sam ple frequency and the program design .The design sche m e is applied in a rando m position proto type and gets a good result . Key words :rando m position;control syste m;sam ple frequency;design 收稿日期:2007211219 作者简介:王桂霞(19772),女,工程师,主要从事自动控制的工作位置随动控制系统设计与实现 0 引言 位置随动转台系统由机械台体和计算机控制系统两个重要部分组成,前者是实现仿真功能的基础,而后者是保证转台系统功能和性能的核心部分.转台既要满足一定的动态、静态指标要求,也要为试验提供方便的操作界面和数据采集、处理手段,计算机控制系统不仅要具有实时控制功能,而且应具备监控管理功能,因此,计算机控制系统设计就成为仿真转台设计和工程实现的重要内容. 当前在各种控制系统中计算机已得到非常广泛的应用,根据不同的情况,控制系统的结构形式各不相同,一般分为操作指示系统、直接数字控制系统(DDC )和集散控制系统(DCS )等类型,在下文中将讨论集散控制结构形式的计算机控制系统的设计问题,其中主 要包括结构设计、系统工程实现中的接口线路设计、采样频率选择、程序设计等内容,并给出设计结果. 1 结构设计 本仿真转台采用多机集散控制形式,即采用上下位机的两级式结构.图1 为集散控制系统应用于本转 图1 原理框图
位置随动系统
1位置随动系统的结构与工作原理 1.1 位置随动系统的结构组成 位置随动系统的原理图如图1-1。该系统的作用是使负载J(工作机械)的角位移随给定角度的变化而变化，即要求被控量复现控制量。系统的控制任务是使工作机械随指令机构同步转动即实现：Q(c)=Q(r) 图1-1 位置随动系统原理图Z1—电动机，Z2—减速器，J—工作机械 系统系统主要由以下部件组成：系统中手柄是给定元件，手柄角位移Qr是给定值（参考输入量），工作机械是被控对象，工作机械的角位移Qc是被控量（系统输出量），电桥电路是测量和比较元件，它测量出系统输入量和系统输出量的跟踪偏差（Qr –Qc）并转换为电压信号Us，该信号经可控硅装置放大后驱动电动机，而电动机和减速器组成执行机构。 1.2 系统的工作原理 控制系统的任务是控制工作机械的角位移Qc跟踪输入手柄的角位移Qr。如图1-1，当工作机械的转角Qc与手柄的转角Qr一致时，两个环形电位器组成的桥式电路处于平衡状态。其输出电压Us=0，电动机不动，系统处于平衡状态。当手柄转角Qr发生变化时，若工作机械仍处于原来的位置不变，则电桥输出电压Us不等于0，此电压信号经放大后驱动电动机转动，并经减速器带动工作机械使角位移Qc向Qr变化的方向转动，并
逐渐使Qr和Qc的偏差减小。当Qc=Qr时，电桥的输出电压为0，电机停转，系统达到新的平衡状态。当Qr 任意变化时，控制系统均能保证Qc 跟随Qr任意变化，从而实现角位移的跟踪目的。 该系统的特点：1、无论是由干扰造成的，还是由结构参数的变化引起的，只要被控量出现偏差，系统则自动纠偏。精度高。 2 、结构简单，稳定性较高，实现较容易。 2系统的分析与设计 2.1 位置随动系统方块图 根据系统的结构组成和工作原理可以画出系统的原理方块图，如图2-1。可以看出，系统是一个具有负反馈的闭环控制系统。 R C 给定电放大器电动机减速器负载 — 反馈电位 图2-1位置随动控制系统方块图 2.2 系统数学模型的建立 该系统各部分微分方程经拉氏变换后的关系式如(2-1)： (2-1)(a) (2-1)(b) (2-1)(c) (2-1)(d) (2-1)(e) (2-1)(f) (2-1)(g) (2-1)(h) 根据各个环节结构图及其传函写出整个系统的结构图，如图2-2所示。
第一章伺服系统概述 伺服系统是以机械参数为控制对象的自动控制系统。在伺服系统中，输出量能够自动、快速、准确地跟随输入量的变化，因此又称之为随动系统或自动跟踪系统。机械参数主要包括位移、角度、力、转矩、速度和加速度。 近年来，随着微电子技术、电力电子技术、计算机技术、现代控制技术、材料技术的快速发展以及电机制造工艺水平的逐步提高，伺服技术已迎来了新的发展机遇，伺服系统由传统的步进伺服、直流伺服发展到以永磁同步电机、感应电机为伺服电机的新一代交流伺服系统。 目前，伺服控制系统不仅在工农业生产以及日常生活中得到了广泛的应用，而且在许多高科技领域，如激光加工、机器人、数控机床、大规模集成电路制造、办公自动化设备、卫星姿态控制、雷达和各种军用武器随动系统、柔性制造系统以及自动化生产线等领域中的应用也迅速发展。 1.1伺服系统的基本概念 1.1.1伺服系统的定义 “伺服系统”是指执行机构按照控制信号的要求而动作，即控制信号到来之前，被控对象时静止不动的；接收到控制信号后，被控对象则按要求动作；控制信号消失之后，被控对象应自行停止。 伺服系统的主要任务是按照控制命令要求，对信号进行变换、调控和功率放大等处理，使驱动装置输出的转矩、速度及位置都能灵活方便的控制。
1.1.2伺服系统的组成 伺服系统是具有反馈的闭环自动控制系统。它由检测部分、误差放大部分、部分及被控对象组成。 1.1.3伺服系统性能的基本要求 1）精度高。伺服系统的精度是指输出量能复现出输入量的精确程度。 2）稳定性好。稳定是指系统在给定输入或外界干扰的作用下，能在短暂的调节过程后，达到新的或者恢复到原来的平衡状态。 3）快速响应。响应速度是伺服系统动态品质的重要指标，它反映了系统的跟踪精度。 4）调速范围宽。调速范围是指生产机械要求电机能提供的最高转速和最低转速之比。 5）低速大转矩。在伺服控制系统中，通常要求在低速时为恒转矩控制，电机能够提供较大的输出转矩；在高速时为恒功率控制，具有足够大的输出功率。 6）能够频繁的启动、制动以及正反转切换。 1.1.4 伺服系统的种类 伺服系统按照伺服驱动机的不同可分为电气式、液压式和气动式三种；按照功能的不同可分为计量伺服和功率伺服系统，模拟伺服和功率伺服系统，位置
目录 课程设计任务书 1.建立系统模型 2.建立数学模型 2.1测速发电机 2.2电枢控制直流侍服电动机 2.3功率放大器 2.4运算放大器Ⅰ，Ⅱ 2.5电位器 3.系统结构图、信号流图及闭环传递函数 3.1系统结构图 3.2信号流图 3.3开环传递函数 3.4闭环传递函数 4.开环系统的波特图和奈奎斯特图，稳定性4.1开环系统的波特图 4.2开环系统的奈奎斯特图 5.开环系统的截至频率、相角裕度和幅值裕度5.1开环传递函数 5.2开环截止频率 5.3相角域度 5.4幅值域度 6.总结
课程设计任务书 题 目: 位置随动系统建模与频率特性分析 初始条件 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、 用Matlab 画出开环系统的波特图和奈奎斯特图，并用奈奎斯特 判据分析系统的稳定性。 —K 1 —K 2 功放 K 3 SM TG 10K 10K -15V +15V 40K 10K 10K 40K K 0 0θ K i i θ 】
3、 求出开环系统的截至频率、相角裕度和幅值裕度。 时间安排： 1.15～16 明确设计任务，建立系统模型 1.17～19 绘制波特图和奈奎斯特图，判断稳定性 1.23～24 计算频域性能指标，撰写课程设计报告 指导教师签名： 年 月 日 系主任（或责任教师）签名： 年 月 日 位置随动系统建模与频率特性分析 1. 建立系统模型 该系统由电位器，运算放大器，功率放大器，电枢控制直流侍服电动机，测速发电机五个部分组成。 2. 建立数学模型 2.1．测速发电机： 测速发电机是用于测量角速度并将它转换成电压量的装置。在本控制系统中用的是永磁式直流测速发电机。如下图： 测速发电机的转子与待测量的轴相连接，在电枢两端输出与转子角速度成正比的支流电压，即 TG U(t ) w
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．单轴位置控制系统设计 1.1. 基本控制要求 该单元有电机带动轴运动,气泵产生气体带动气缸（用气缸模拟机械手）上下运动和吸附物块组成。电机带动轴的左移Y0和右移Y1。轨道有三个接近开关(1、2、 3)定位三个工位, 气缸由电磁阀控制进气和出气，实现气缸的上升和下降(Y2)， 吸附开关X3控制吸附物块(Y3),设计有手动和自动控制部分,可以通过开关X14选择控制方式。 1.1.1.手动控制要求 通过X14开关选择手动控制方式，通过控制面板来控制，手柄控制气缸向左X16、向右X17移动，气缸的上X4和X5下通过面板旋钮控制，物块的吸附通过面板旋钮 X3控制，来完成物块在三个工位上的移动。 1.1. 2.自动控制要求 通过X14开关选择自动控制方式，按复位按钮，气缸回到工位1，按启动按钮后，气缸下降吸附物块，然后上升，再从工位1移动到工位2，再下降，释放物块回升气缸，4秒过后气缸下降吸附物块从工位2移动到工位3，再下降释放物块回升气缸，4秒后再下降吸附物块从工位3移动到工位1，下降释放物块回升气缸，工作全部完成，气缸停止在工位1。
1.2.硬件设计 1.2.1 I/O地址分配表 根据对单轴运动控制系统的分析，分配对应的I/O口，I/O地址分配表如表XO 急停按钮X11 停止按钮X1 位置1 X12 右移 X2 位置2 X13 手动 X3 位置3 X14 吸附 X5 吸附/松开X15 上移 X6 上位X16 下移 X7 下位X17 左移 X10 启动按钮 表1.2.1.1 PLC输入设备 Y4 吸附控制 Y10 上升控制 Y11 下降控制 Y2 左移控制 Y3 右移控制 Y6 启动控制 Y5 停止控制 Y7 复位控制 表1.2.2.2PLC输出设备
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: & = 0.12 V.s， 2 Ra=8O, La=15mH J=0.0055kg.m , C e=Cm=0.38N.m/A,f=0.22N.m.s,减速比i=0.4 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、求出开环系统的截至频率、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。 时间安排: 任务时间（天） 审题、查阅相关资料 1 分析、计算 1.5
指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日 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：输入一定的角度弓，如果输出角度礼等于输入角度齐，则电动机不转动，系统处于平衡状态；如果兀不等于4，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u a t在电枢回路中产生电枢电流i a t，再由电流i a t与励磁磁通相互作用产生电磁转矩M m t，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片与反馈来的输出角度信号入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ut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系统框图 由题目可得系统框图如图1.1所示：
课程设计任务书 题 目: 位置随动系统建模与分析 初始条件： 图示为一位置随动系统，放大器增益为Ka ，电桥增益2K ε=,测速电机增益0.15t k =V.s ，Ra=7.5Ω，La=14.25mH ，J=0.006kg.m 2 ，C e =Cm=0.4N.m/A,f=0.2N.m.s,减速比i=0.1 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、 当Ka 由0到∞变化时，用Matlab 画出其根轨迹。 3、 Ka ＝10时，用Matla 画求出此时的单位阶跃响应曲线、求出超调量、超 调时间、调节时间及稳态误差。 4、 求出阻尼比为0.7时的Ka ，求出各种性能指标与前面的结果进行对比分 析。 时间安排： 指导教师签名： 年 月 日 系主任（或责任教师）签名： 年 月 日 位置随动系统建模与分析
1 位置随动系统的建模 1.1 系统总体分析 1.1.1 系统概述 随动控制系统又名伺服控制系统。其参考输入是变化规律未知的任意时间函数。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。这种系统在军事上应用最为普遍.如导弹发射架控制系统，雷达天线控制系统等。其特点是输入为未知。伺服驱动系统（Servo System）简称伺服系统，是一种以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统，例如数控机床等。使用在伺服系统中的驱动电机要求具有响应速度快、定位准确、转动惯量较大等特点，这类专用的电机称为伺服电机。当然，其基本工作原理和普通的交直流电机没有什么不同。该类电机的专用驱动单元称为伺服驱动单元，有时简称为伺服，一般其内部包括电流、速度和/或位置闭环。 1.1.2 系统基本原理分析 首先输入角度和输出角度通过圆形电位器将角位移量转换为电压量，通过两个电位器构成的电桥进行比较产生角度电压误差，这个角度电压误差反映了输入角度与输出角度的角度误差，测速发电机的输出电压与伺服电机的角速度ω成正比，测速发电机产生的电压与角度电压误差通过比较产生电压误差，将这个电压误差送给放大器，经过放大器放大之后用来驱动伺服电机。伺服电机的输出角度还要经过减速箱进行转速变换之后才是最终的输出角度。 1.1.2 系统基本原理框图 图1-1 系统基本原理框图 1.2 各部分传递函数 1.2.1 由双电位器构成电桥 电位器是一种把线性位移或角位移变换成电压量的装置，在控制系统中一对电位器可以构成误差检测器。 单个电位器的工作原理：单个电位器的电刷角位移与输出电压是线性正比
自动控制原理课程设计题目：机器人抓取装置位置控制系统校正装置设计 专业：电气工程及其自动化 姓名： 班级：学号： 指导老师：职称：
初始条件： 一个机器人抓取装置的位置控制系统为一单位负反馈控制系统，其传递函数为()()() 15.013 0++=s s s s G ，设计一个滞后校正装置，使系统的相 角裕度?=45γ。 设计内容： 1.先手绘系统校正前的bode 图，然后再用MATLAB 做出校正前系统的bode 图，根据MATLAB 做出的bode 图求出系统的相角裕量。 2.求出校正装置的传递函数 3. 用MATLAB 做出校正后的系统的bode 图，并求出系统的相角裕量。 4.在matlab 下，用simulink 进行动态仿真，在计算机上对人工设计系统进行仿真调试，确使满足技术要求。 5.对系统的稳定性及校正后的性能说明 6.心得体会。
1频率法的串联滞后校正特性及方法 1.1特性：当一个系统的动态特性是满足要求的，为改善稳态性能，而又不影响其动态响应时，可采用此方法。具体就是增加一对靠的很近并且靠近坐标原点的零、极点，使系统的开环放大倍数提高β倍，而不影响开环对数频率特性的中、高频段特性。 1.2该方法的步骤主要有： ()1绘制出未校正系统的bode 图，求出相角裕量0γ，幅值裕量g K 。 ()2在bode 图上求出未校正系统的相角裕量εγγ+=期望处的频率 2c ω,2c ω作为校正后系统的剪切频率，ε用来补偿滞后校正网络2c ω处的 相角滞后，通常取??=15~5ε。 ()3令未校正系统在2c ω的幅值为βlg 20，由此确定滞后网络的β值。 ()4为保证滞后校正网络对系统在2c ω处的相频特性基本不受影响，可 按10 ~ 2 1 2 2 2c c ωωτ ω= =求得第二个转折频率。 ()5校正装置的传递函数为()1 1 ++= s s s G C βττ ()6画出校正后系统的bode 图，并校验性能指标 2确定未校正前系统的相角裕度 2.1先绘制系统的bode 图如下：
位置随动系统的超前 校正设计
学号： 课程设计 题目位置随动系统的超前校正设计 学院自动化学院 专业自动化专业 班级自动化****班 姓名*** 指导教师*** 2011 年12 月26 日
课程设计任务书 学生姓名： *** 专业班级： 自动化**** 指导教师： ** 工作单位： 自动化学院 题 目: 位置随动系统的超前校正设计 初始条件： 图示为一位置随动系统，测速发电机TG 与伺服电机SM 共轴，右边的电位器与负载共轴。放大器增益为Ka=40，电桥增益5K ε=,测速电机增益25.0=t k ，Ra=6Ω，La=12mH ，J=0.006kg.m 2,C e =Cm=0.3N m/A ,f=0.2N m s ,i=0.1。其中，J 为折算到电机轴上的转动惯量，f 为折算到电机轴上的粘性摩擦系数，i 为减速比。 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12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，说明书中必须写清楚分析计算的过程，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： 指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日
随动系统是指系统的输出以一定的精度和速度跟踪输入的自动控制系统，并且输入量是随机的，不可预知的。控制技术的发展，使随动系统得到了广泛的应用。 位置随动系统是反馈控制系统，是闭环控制，调速系统的给定量是恒值，希望输出量能稳定，因此系统的抗干扰能力往往显得十分重要。而位置随动系统中的位置指令是经常变化的，要求输出量准确跟随给定量的变化，输出响应的快速性、灵活性和准确性成了位置随动系统的主要特征。简言之，调速系统的动态指标以抗干扰性能为主，随动系统的动态指标以跟随性能为主。 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。 本次课程设计研究的是位置随动系统的超前校正，并对其进行分析。
中文摘要：随动系统，通常也被称为伺服系统，是一种反馈控制系统。它是用来控制被控对象的某种状态，使被控对象的输出能自动、连续、精确地复现输入信号变化规律的一种控制系统,随动系统的控制对象通常为角度或机械位置，该系统最初用于船舶的操舵系统、火炮控制以及指挥仪中，后来慢慢推广到众多领域，尤其多见于自动车床、天线位置的控制还有导弹和飞船的制导等。如今随动系统的应用几乎扩展到了民用、工业、军事等各个领域，随着家用电器的普及和全自动化，它在生活中的应用也越来越广泛。而位置随动系统的被控量是位置，一般用线位移或角位移表示。当位置给定量作某种变化时，该系统的主要任务就是使输出位移快速而准确地复现给定量位移。
第一章绪论 1.1课题研究背景 1.1.1随动系统现状及历史 随动系统，通常也被称为伺服系统，是一种反馈控制系统。它是用来控制被控对象的某种状态，使被控对象的输出能自动、连续、精确地复现输入信号变化规律的一种控制系统，其衡量指标主要有超调量、稳态误差、峰值时间等时域指标以及相角域度、幅值域度、频带宽度等频域指标，其输入是一种变化规律未知的时间函数。随动系统中的驱动电机应该具有响应速度快、定位准确、转动惯量大等特点，这类专用的电机称为伺服电机。早在二十世纪三十年代，伺服机构这个词便进入人们的视线了。到二十世纪中期，在自动控制理论的发展下随动系统也得到了极大的发展，其应用领域进一步扩大。近几十年，伺服技术更是取得飞跃发展，其应用也迅速扩展到民用、工业和军事领域中。在冶金行业，它用于多种冶金炉的电极位置控制，机器的运行控制等；在运输行业中，水路陆路空中三方的运输工作也都用到了伺服系统，比如，飞机的驾驶，电力机车的调速，船舶的操舵等，一定程度上都实现了“自动化”控制；如今，军事领域也充分运用到了伺服系统，比如雷达天线的自动瞄准的跟踪控制，导弹和鱼雷的自动控制等等。另外，随着空调、洗衣机等各类家用电器在家庭中的普及，伺服系统的应用也走入到了我们的日常生活中。 1.1.2随动系统的应用 随动系统的控制对象通常为角度或机械位置，该系统最初用于船舶的操舵系统、火炮控制以及指挥仪中，后来慢慢推广到众多领域，尤其多见于自动车床、天线位置的控制还有导弹和飞船的制导等。如今随动系统的应用几乎扩展到了民用、工业、军事等各个领域，随着家用电器的普及和全自动化，它在生活中的应用也越来越广泛。 人们应用随动控制系统主要是为了达到下面几个目的： ⒈用较小的功率指令信号来控制很大功率的负载，比如火炮控制、船舵控制等。 2.在没有机械连接的情况下，利用输入轴控制远处的输出轴，从而实现远距离的同步传动控制。
学生学号 课程设计 题目步进电机定位控制系统设计 学院信息工程学院 专业 班级 姓名 指导老师
2013~2014学年6月20日
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:步进电机定位控制系统设计 初始条件： 1. 具备电子电路的基础知识及查阅资料和手册的能力； 2. 熟悉ISE 仿真软件的操作与运用； 3. 掌握步进电机的工作原理。 要求完成的主要任务: 1. 设计一个基于FPGA 的4 相步进电机定位控制系统，包括步进电机方向设定 电路模块、步进电机步进移动与定位控制模块和编码输出模块。 2.撰写符合学校要求的课程设计说明书。 时间安排： 1、2014 年06月11日，布置课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求说明。 2、2014 年06月12日至2014年06月17日，设计说明书撰写。 3、2014年06月18日，上交课程设计成果及报告，同时进行答辩。 指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日
目录 摘要........................................................................................................................ I Abstract ................................................................................................................. II 1 设计目标及简介 (1) 1.1设计目标 (1) 1.2 步进电机简介 (1) 2 VHDL语言介绍 (2) 3 Quartus Ⅱ介绍 (3) 4 系统组成 (4) 4.1 四相步进电机工作原理 (4) 4.2 系统组成 (6) 5 模块设计 (7) 5.1 FPGA模块图及信号说明 (7) 5.2 系统模块构成 (7) 5.3 各模块间整体共享的电路内部传递信号 (7) 5.4 电机方向设定电路模块 (8) 5.5 步进电机步进移动与定位控制模块 (9) 5.6 编码输出模块 (9) 6 程序设计与仿真 (10) 7 仿真结果 (16) 8 实验总结 (18) 参考文献 (19)
1位置随动系统的结构与工作原理 位置随动系统的结构组成 位置随动系统的原理图如图1-1。该系统的作用是使负载J(工作机械)的角位移随给定角度的变化而变化，即要求被控量复现控制量。系统的控制任务是使工作机械随指令机构同步转动即实现：Q(c)=Q(r) 图1-1 位置随动系统原理图Z1—电动机，Z2—减速器，J—工作机械 系统系统主要由以下部件组成：系统中手柄是给定元件，手柄角位移Qr是给定值（参考输入量），工作机械是被控对象，工作机械的角位移Qc是被控量（系统输出量），电桥电路是测量和比较元件，它测量出系统输入量和系统输出量的跟踪偏差（Qr –Qc）并转换为电压信号Us，该信号经可控硅装置放大后驱动电动机，而电动机和减速器组成执行机构。 系统的工作原理 控制系统的任务是控制工作机械的角位移Qc跟踪输入手柄的角位移Qr。如图1-1，当工作机械的转角Qc与手柄的转角Qr一致时，两个环形电位器组成的桥式电路处于平衡状态。其输出电压Us=0，电动机不动，系统处于平衡状态。当手柄转角Qr发生变化时，若工作机械仍处于原来的位置不变，则电桥输出电压Us不等于0，此电压信号经放大后驱动电动机转动，并经减速器带动工作机械使角位移Qc向Qr变化的方向转动，并逐渐使Qr 和Qc的偏差减小。当Qc=Qr时，电桥的输出电压为0，电机停转，系统达到新的平衡状态。当Qr任意变化时，控制系统均能保证Qc跟随Qr任意变化，从而实现角位移的跟踪目的。 该系统的特点：1、无论是由干扰造成的，还是由结构参数的变化引起的，只要被控
量出现偏差，系统则自动纠偏。精度高。 2 、结构简单，稳定性较高，实现较容易。 2系统的分析与设计 位置随动系统方块图 根据系统的结构组成和工作原理可以画出系统的原理方块图，如图2-1。可以看出，系统是一个具有负反馈的闭环控制系统。 图2-1位置随动控制系统方块图 系统数学模型的建立 该系统各部分微分方程经拉氏变换后的关系式如(2-1)： (2-1)(a) (2-1)(b) (2-1)(c) (2-1)(d) (2-1)(e) (2-1)(f) (2-1)(g) (2-1)(h) 根据各个环节结构图及其传函写出整个系统的结构图，如图2-2所示。 θr(s) θe(s) U(s) U a (s) I a (s) M d (s) θm θc θc(s) _ E b (s) _ 给定电位 放大器 电动机 减速器 负载 反馈电位 — R C K s K a 1/(L a S +R a ) K m 1/(Js 2 +Bs 1/K e s
目录 全自动洗衣机PLC控制 一、引言 (4) 二、系统总体方案设计 (4) 2.1 PLC控制电路设计 2.2选择PLC型号 2.3定义系统变量及输入、输出信号的I/O地址分配表 2.4 系统接线图 三、 PLC控制程序设计 (6) 3.1程序软硬件设计。 3.2 系统动静态调试 3.3控制程序流程图 3.4画出系统梯形图 四、简述系统工作过程 (9) 五、系统调试及结果分析 (9) 六、结束语 (9) 七、参考文献 (9)
圆盘转速、位置控制系统程序设计 一、引言 (10) 1.1 课题设计的目的 1.2 设计内容 1.3 要实现的目标 二、系统总体方案设计 (10) 2.1 PLC控制电路设计 2.2 定义系统变量及输入、输出信号的I/O地址分配表 2.4 系统接线图设计 三、 PLC控制程序设计 (11) 3.1. 程序设计 3.2. 控制程序设计思路 3.3系统动态调试及运行 3.4画出系统梯形图 四、系统调试工作过程 (14) 五、结束语 (14) 六、参考文献 (15)
全自动洗衣机PLC控制 一、引言 1．课题设计的目的： （1）达到熟练使用可编程控制器实现简单控制系统的控制要求，熟练地进行系统外围电路设计、接线、编程、下载、调试等工作； (2)培养独立解决实际问题和从事科学研究的初步能力; (3)将来从事电气控制方面的设计、维护等工作打下良好的基础； 2. 设计内容：实现全自动洗衣机的控制，达到控制要求。 3. 要实现的目标： 1）按下启动按扭及水位选择开关，开始进水直到高（中、低）水位，关水； 2）2秒后开始洗涤； 3）洗涤时，正转30秒，停2秒，然后反转30秒，停2秒； 4）如此循环5次，总共320秒后开始排水，排空后脱水30秒； 5）开始清洗，重复（1）～（4），清洗两遍； 6）清洗完成，报警3秒并自动停机。 7）若按下停车扭，可手动排水（不脱水）和手动脱水（不计数）; 二、系统总体方案设计： 洗衣机的进水和排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀来执行。 @1进水时，通过电控系统使进水阀打开，经进水管将水注入到外桶。 @2排水时，通过电控系统使排水阀打开，将水由外桶排到机外。 洗涤正转、反转由洗涤电机驱动波盘正、反转来实现，此时脱水同并不旋转。脱水时，由洗涤电机带动内桶正转进行甩干。高、低水位开关分别用来检测高、低水位。启动按钮用来启动洗衣机工作。停止按钮用来实现手动停止进水、排水、脱水及报警。排水按钮用来实现手动排水。 洗衣机的工作过程大致上分为两部分: (1) 进水和排水控制。 (2) 正转反转控制,其中脱水为正转。 要实现全自动,我们必须保证接通电源和水源按下开始按纽和设计按纽,洗衣机就能够一直工作到衣服洗完并发出报警信号。 洗衣机上装有六个按纽,分别为启动,停止,手动排水和水位设计按纽.这
课程设计 题目控制系统的超前校正设计学院自动化学院 专业自动化专业 班级1003班 姓名 指导教师肖纯 2012年12月20日
课程设计任务书 学生姓名：—专业班级：自动化1003班 指导教师：肖纯工作单位：自动化学院 题目：位置随动系统的滞后-超前校正设计 图示为一位置随动系统，测速发电机TG与伺服电机SM共轴，右边的电位器与负载共轴。放大器增益为Ka二40,电桥增益K,=5,测速电机增益匕=2,阳二6Q, La=12mH, J=0. 0065kg. m2, C e=Cm=0. 35 N.m/A, f=0. 2 N.m.s, i=0. K 其中，/为折算到电机轴上的转动惯量，f为折算到电机轴上的粘性摩擦系数，（为减速比。 要求完成的主要任务：（包括课程设讣工作疑及其技术要求，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Mat lab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，说明书中必须写清楚分析计算的过程，并包含Mat lab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: 指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日
目录 1系统传递函数分析 (5) 1.1位置随动系统原理 (5) 1.2部分电路分析 (6) 1.3各部分元件传递函数 (7) 1.4位置随动系统的结构框图及信号流图 (7) 1.5位置随动系统的传递函数 (8) 2位置随动系统的超前校正 (9) 2.1串联超前校正原理 (9) 2.2校正前系统参数求解 (9) 2.3超前校正装置系统的求解 (10) 2.4校正结果检验 (12) 3校正前后时域响应曲线的比较 (12) 4总结体会 (14) 参考文献 (15)
双轴位置控制系统的设计 1、设计任务及目的 1。1了解系统的机械结构，控制要求; 1.2掌握气动控制技术的要求； 1。3熟练掌握step7micro/win中PTO指令。 2、设计要求 2.1 根据实验要求画出电气原理图 通过读电气控制原理图，了解电气控制过程，明白电气回路的工作原理,经过实际操作,提高电气故障分析及检修能力。 （1）控制回路原理图 控制回路原理图
主回路原理图 2.2 查找所使用的电器元件型号、功能和使用方法 本实验设备由机械运动、电气控制回路、气动控制回路及铝型材板四部分组成，将机械、电气及气动有机组合在一起，实现点位控制的系 统. 2。2.1机械运动部分 主要由X轴、Y轴的滚珠丝杠机构及Z轴的升降（气 缸)及工件抓取机构所组成。 1)滚珠丝杠机构
滚珠丝杠副 滚珠丝杠副电动执行机构，主要由前后支撑块、电机及支架、联轴器、导柱、滑座、滚珠丝杠副等器件构成。如图1、图2所示。 图1滚珠丝杠副后俯视图 图2滚珠丝杠副后正视及局部剖视图 滚珠丝杠副机构的运动原理是电机转动时，电机转动轴及滚珠丝杠通过弹性联轴器连接，因此，滚珠丝杠及电机同步转动，而滚珠丝杠副的位置是固定的，装在滚珠丝杠副上的螺母块及滑块也是固定在一起的，那么随着滚珠丝杠副的转动，螺母块拖着滑块沿着两根导柱做直线运动，并随着电机的正反转，滑块做左右直线运动。（丝杆的螺距为5mm） 另外滚珠丝杠副机构的极限位置皆设置了限位开关，可以有效保护由于故障等原因,使滚珠丝杠副机构的运动装置超程而造成的机械或电气设备的损坏,造成不必要的损失。
Z轴通过工厂自动化常用的气动双作用气缸和气动真空吸 盘来控制取放工件。Z轴方向的运动通过一个双作用气缸来实现。真空吸盘安装在双作用气缸的前端,通过电磁阀来控制气路 通断，从来控制Z轴的升降和真空吸盘来吸取释放工件。 2.2。2电气部分 双轴位置控制设备的电气部分主要由小型断路器、开关电源、继电器、直流电机、控制盒及接线端子等器件所组成. 1）空气开关 外接电源接入设备由总电源开关控制总电源的通断。 2）开关电源 由总电源开关另外一路接入交流220V电源供给开关电源。 空气开关开关电源 3）控制箱 控制立体库运动的操作控制盒 START——开始（启动) MANUAL——自动/手动切换 Z—AXIS—-—Z轴升降 STOP-—停止 FUNCION——功能键 HAND——吸盘吸取/放开