位置随动系统设计与仿真.doc

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、火炮控制指挥仪中，后来推广到领域，自动车床、天线位置控制导弹和飞船的制导等。研究背景 频带宽度　系统最初用于船舶的、火炮控制指挥仪中，后来推广到领域，自动车床、天线位置控制导弹和飞船的制导等。系统主要是为了达到下面几个目的：小功率指令信号控制大功率负载火炮控制船舵控制。在机械连接，输入轴控制远处的输出轴，实现远距同步传动。输出机械位移精确地跟电信号，如记录和指示仪表。 专用化和多样化市场上存在通用化的伺服产品，但是专门为某特定场合应用设计制造的伺服系统。不同形状、不同粘接结构不同性能磁性材料分割式铁芯结构工艺的使用无刷永磁伺服电机的生产 2.2雷达天线位置随动系统的工作原理 2.2.1系统的基本组成 图2—1为位置随动系统的实物图，用来实现雷达天线的跟踪控制。 图2-1雷达天线位置随动系统实物图 这个系统由位置检测器 、电压比较放大器 、可逆功率放大器 、执行机构等几个部分组成，其原理图如图2-2所示： 图2-2雷达天线位置随动系统原理图 该随动系统中各部分的元件选择及其功能介绍： 1、测量元件：其只能是检测被控制对象的物理量，如果这个物理量是非电量，一般要转换为电量。如电位器、旋转变压器或自整角机用于检测角度转换成电压；热电偶用于检测温度转换成电压；测速发电机用于检测电动机的速度转换成电压等。 位置随动系统要控制的量一般是直线位移或角位移, 组成位置环时必须通过检测装置将它们转换成一定形式的电量，这就需要位移检测装置。这里的位移检测装置我们选用电位器，由电位器RP1和RP2组成角度检测器，其中电位器RP1的转轴与手轮相连，作为转角给定，电位器RP2的转轴通过机械机构与负载部件相连接，作为转角反馈，两个电位器均由同一个直流电源供电，这样便实现了将位置直接转换成电量输出。 （2）放大元件：其职能是将偏差信号进行放大，用来推动执行元件去控制被控对象。可用晶体管、晶闸管等组成的电压放大级和功率放大级将偏差信号放大。 该系统中我们应用电压比较放大器 和可逆功率放大器，电压比较放大器由放大器1A、2A组成，其中放大器1A仅起倒相作用，2A则起电压比较和放大作用，其输出信号作为下一级功率放大器的控制信号，并具备鉴别电压极性的能力。为了推动随动系统的执行电动机，只有电压放大是不够的，还必须有功率放大，功率放大由晶闸管或大功率晶体管组成整流电路，由它输出一个足以驱动电动机SM的电压。 （3）执行元件：其职能是直接推动被控对象，使其被控量发生变化。用来作为执行元件的有阀、电动机等。这个系统中选用永磁式直流伺服电动机SM作为带动负载运动的执行机构。 直流伺服电动机SM实物图如图2-3所示 图2-3直流伺服电动机SM实物图 （4）减速器：其职能是实现执行元件与负载之间的匹配。由于执行元件为高转速、小转矩的电动机，而负载雷达天线是低转速的，所以在电机和负载之间需要引入减速器，以达到两者之间的平衡。减速器常用一个齿轮组。 2.2.2该位置随动系统的工作原理 如果两个电位器RPl和RP2的转轴位置相同，即给定角θ1与反馈角θ2相等，此时角差 Δθ=θ1－θ2=0,两个电位器的输出电压U*=U，所以电压比较放大器的输出电压Uct=0，可逆功率放大器的输出电压Ud=0，SM电动机的转速n=0，系统处于静止状态。 但系统存在惯性，若输入θ1（t）变化，输出θ2(t)难以立即复现，此时θ2(t)≠θ1（t），如当给定角θ1 增大，Δθ0，则U1U2，Uk0，Udo，电动机转速 n 0，经减速器带动雷达天线转动，雷达天线通过机械机构带动电位器RP2的转轴，使θ2相应增大。只要θ2θ1，SM电动机就一直带动雷达天线朝着缩小偏差的方向运动，当达到θ1=θ2，偏差角Δθ=0，Uk=0，Ud=0时，系统才会停止运动，在新的状态重新稳定下来。当给定角θ1减小，则系统运动方向将和上述情况相反。显而易见，这个系统完全能够实现被控制量θ2准确跟踪给定量θ1 的变化，这种现象就称为随动。 第三章系统的建模与仿真 3.1 MATLAB语言简介 3.1.1MA丁LAB语言概述 MATLAB是由MATrix LABoratory（矩阵实验室）两词的前三个字母组合而成，是美国MathWorks公司出品的大型数学计算软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境。现在MATLAB己经成为应用最广的电子仿