四川师范大学本科毕业设计
伺服系统的设计与仿真
学生姓名 叶峻嘉 院系名称 工学院 专业名称 班 级 学 号
电子工程及其自动化 2008 级 2 班 2008180243
指导教师 杨楠 完成时间
2012年 5 月 15 日
伺服系统的设计与仿真
姓名：叶峻嘉 指导教师：杨楠
内容摘要：伺服广义上是指用来控制被控对象的某种状态或某个过程，使其
输出量能自动地、连续地、精确地复现或跟踪输入量的变化规律。其控制行为的主要特征表现为输出“服从”输入，输出“跟随”输入（为此伺服系统也叫做随动系统）。本设计选择以自整角机为检测元件的伺服系统为具体研究对象。系统包括以下几个环节：自整角机、相敏整流器、可逆功率放大器、执行机构及减速器。基于上述模型，本文通过具体实例分析了系统的稳定性、动态性能，并对系统的误差进行了简单分析，指出各种误差来源并写出具体表达式和数学关系，并针对性地提出了有效校正方案并采用串联校正装置进行仿真分析，结果表明校正后的系统总体工作稳定可靠，指标满足设计要求。
关键词：MATLAB 自整角机 伺服系统 动态性能 仿真分析
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Design and simulation of the servo system
Abstract：Servo broadly refers to the variation used to control the controlled
object in a state or a process, so that output can automatically,continuously and accurately reproduce or track the variation of the input.The main features of the control behavior for the output \system is also called servo systems).This design choice selsyn for the detection of components for the specific object of study to servo system. The system consists of the following links: synchro, the phase-sensitive rectifier, reversible power amplifier, implementing agencies and reducer. Based on the above model, through concrete examples and analysis ofsystem stability,dynamic performance, and system errors, a simple analysis, pointing outthe various sources of error and write specific expression and mathematical relationships, and puts forward effective correction programs and using the regulatorto simulate and analyze the results show that the overall system stable and reliableindicators to meet the design requirements.
Keywords: MATLAB Synchro Servo System Dynamic Correction
SimulationAnalysis
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目录
引言................................................................... 1 1 位置伺服系统简介..................................................... 3
1.1什么是位置伺服系统 ............................................. 3 1.2位置伺服系统的发展状况 ......................................... 4 2 自整角机............................................................. 5
2.1自整角机的结构图 ............................................... 5 2.2自整角机的工作原理 ............................................. 6 2.3自整角机的应用 ................................................. 7 3 系统模型的建立....................................................... 8
3.1伺服系统的组成 ................................................. 8 3.2伺服系统的数学模型 ............................................. 8 3.3伺服系统的方框图 .............................................. 10 4 伺服系统的分析...................................................... 11
4.1自整角机位置伺服系统的稳态误差分析 ............................ 11
4.1.1检测误差 ................................................ 11 4.1.2原理误差（系统误差） .................................... 11 4.1.3扰动误差 ................................................ 12 4.2 分析实例...................................................... 12
4.2.1 稳定性分析.............................................. 14 4.2.2动态性能分析 ............................................ 15 4.2.3稳态误差分析 ............................................ 15 4.3对系统进行MATLAB仿真 ......................................... 16 5 伺服系统的超前校正.................................................. 18
5.1校正网络设计 .................................................. 18 5.2 超前校正的设计方法............................................ 19 5.3校正后的系统进行matlab分析 ................................... 21 5.4比较校正前后各方面性能 ........................................ 23
5.4.1频域分析 ................................................ 23 5.4.2时域分析 ................................................ 23
结论.................................................................. 24 致谢.................................................................. 25 参考文献.............................................................. 26
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引言
设计的主要工作是了解并掌握位置伺服系统基本概况，综合所学专业知识，选择以自整角机作为检测元件，设计自整角机伺服系统，并对系统进行稳定性分析、误差分析和动态校正，在MATLAB环境下对系统进行仿真。
伺服控制技术是自动化学科中与产业部门联系最紧密、服务最广泛的一个分支。世界上第一个伺服控制系统由美国麻省理工学院辐射实验室(林肯实验室的前身)于1944年研制成功，这就是火炮自动跟踪目标的伺服系统。自从第二次世界大战期间雷达和火炮伺服系统出现以来，在半个多世纪中，伺服控制技术及其系统在工业、农业、和国防等各个领域都得到了广泛的应用，伺服控制经历了发电机一电动机系统、交磁电机扩大机控制、磁放大器控制、晶闸管控制、集成电路控制、计算机控制的发展过程。
特别是进入二十世纪九十年代以来，随着计算机技术，特别是微控制芯片技术的日益成熟，使得长期以来建筑在现代控制理论或其他一些复杂算法基础上的控制原理得以快速在线计算及进行优化处理，从而把许多过去认为只能在理论上成立而在实际中无法应用的控制原理实用化。另外，随着电力电子技术的发展，使得可控的大功率半导体器件无论是在电压及电流等级，还是在开关速度和对驱动电路的要求上都有了长足的发展。
位置伺服系统是应用非常广泛的一类系统，主要实现执行机构对位置指令的准确跟踪，被控制量一般是负载的空间位移，当位置指令随机变化时，系统能使被控制量准确无误地跟随。
随着计算机与微电子技术的发展，人们越来越多地采用数学模型在计算机上进行仿真实验研究，即计算机辅助设计CAD技术。控制系统是CAD技术在自动控制理论、自动控制系统分析与设计方面的应用分支。CAD技术为控制系统的分析与设计开辟了广阔天地，它使得原来人们认为难以应用的设计方法成为可能。作为控制系统技术中的“核心”内容，数字仿真软件也不断地推陈出新。
在人们利用数字计算机进行仿真实验的初级阶段，所有问题如微分方程求解、矩阵运算、绘图等都是用高级算法语言(如 BASIC、FORTRAN、C等)来编写。往往是几百条语句仅为解决一个“矩阵求逆” 一类的基础问题，使得人们大量的精力不是
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