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武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书
课程设计任务书
学生姓名： 专业班级： 指导教师： 谭思云 工作单位： 自动化学院
题 目: 位置随动系统超前校正设计 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K??5,测速电机增益kt?2，Ra=6Ω，La=12mH，
s,i=0.1。J=0.006kg.m2,Ce=Cm=0.3N?m/A,f=0.2N?m?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：
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武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书
1、 课程设计任务书的布置，讲解 （一天） 2、 根据任务书的要求进行设计构思。（一天） 3、 熟悉
MATLAB中的相关工具（一天）
4、 系统设计与仿真分析。（四天） 5、 撰写说明书。 （两天） 6、 课程设计答辩（一天）
指导教师签名： 系主任（或责任教师）签名：
年 年 2
月 日 月 日
武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书
摘要
自动控制系统有多种分类方法，其中按参变量变化规律可分为恒值控制系统、随动系统和程序控制系统等。随动控制系统的参变量是预先未知的最随时间任意变化的函数，要求被控量以尽可能小的误差跟随参变量的变化，故又称为跟踪系统。在随动系统中，扰动的影响是次要的，系统分析、设计的重点是研究被控量跟随的快速性和准确性。在随动系统中，伺服系统特指被控量是机械位置或其导数的闭环控制系统。控制技术的发展，使随动
系
统
得
到
了
广
泛
的
应
用
。
自动控制系统有不同的类型，对每个系统也都有不同的特殊要求，但对于各类系统来说，在已知系统的结构和参数时，我们往往关注系统在某种典型输入信号下，其被控量变化的全过程。位置随动系统是反馈控制系统，是闭环控制的。对恒值控制系统是研究扰动作用引起被控量变化的全过程，对随动系统是研究被控量如何克服扰动影响并跟随参变量变化的全过程。但对于每一类系统被控量变化的全过程，输出响应的稳定性、快速性和准确性是对各个系统提出的共同基本要求。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。通过数学模型来研究自动控制系统，可以摆脱各种不同类型系统的外部特征，研究其内在共性运动规律。控制系统的数学模型是描述系统内部各物理量（或变量）之间动态关系的数学表达式。常用的数学模型有：微（差）分方程、传递函数（或脉冲传递函数）、频率特性（或描述函数）以及状态空间表达式。结构图和信号流图是在数学表达式基础上演化而来的数学模型的图示型式。 本次课程设计研究的是位置随动系统的超前校正，即对系统电路进行分析，然后求出系统相关传递函数，并利用Matlab对其稳定性进行检测，最终对系统进行校正处理分析。
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目录
1 位置随动系统的原理 ........................................................ 5
1.1 位置随动系统原理框图 ................................................ 5 1.2 部分电路图 .......................................................... 6
1.2.1 自整角机 ....................................................... 6 1.2.2 功率放大器 ..................................................... 6 1.2.3 电枢控制直流电动机 ............................................. 6 1.2.4直流测速电动机 ................................................. 7 1.2.5减速器 ......................................................... 7 1.3 各部分元件传递函数 .................................................. 8 1.4 位置随动系统的结构框图 .............................................. 8 1.5 位置随动系统的信号流图 .............................................. 9 1.6相关函数的计算 ....................................................... 9 1.7 系统的Matlab仿真 .................................................. 10 2 加入校正装置后的系统分析 ................................................. 11
2.1系统校正的目的 ...................................................... 11 2.2超前校正的基本原理 .................................................. 11 2.3 超前校正的传递函数计算步骤 ......................................... 11 2.4 对校正后的系统进行Matlab仿真 ...................................... 13 3 对校正前后装置进行比较 ................................................... 14 4 总结体会 ................................................................. 14 参考文献 ................................................................... 15
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