学 号：
课 程 设 计
位置随动系统建模与时域特
题 目
性分析
学 院 专 业 班 级 姓 名 指导教师
自动化学院 自动化
2012 年 1 月 1 日
武汉理工大学《自动控制原理》课程设计
课程设计任务书
学生姓名： 专业班级：
指导教师： 工作单位： 自动化学院
题 目: 位置随动系统建模与时域特性分析 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=10mH，J=0.006kg.m2,Ce=Cm=0.4N?m/A,f=0.2N?其中，J为折算到电机轴上的转动惯m?s,i=0.1。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、 当Ka由0到∞变化时，用Matlab画出其根轨迹。
3、 Ka＝10时，用Matlab画求出此时的单位阶跃响应曲线、求出超调量、峰值时
间、调节时间及稳态误差。 4、 5、
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。 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。
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武汉理工大学《自动控制原理》课程设计
时间安排：
任务 指导老师下达任务书，审题、查阅相关资料 分析、计算 编写程序 撰写报告 论文答辩 时间（天） 2 3 2 2 1
指导教师签名： 年 月 日
系主任（或责任教师）签名： 年 月 日
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武汉理工大学《自动控制原理》课程设计
目 录
1 控制系统的建模 ................................................. 1
1.1 系统总体分析 ....................................................... 1
1.1.1 系统分析方法 .................................................. 1 1.1.2 系统总性能分析 ................................................ 2 1.2 系统总体方框图 ..................................................... 3 1.3 系统各部分传递函数 ................................................. 3
1.3.1 电桥电位器 .................................................... 3 1.3.2 测速电机部分 .................................................. 4 1.3.3 放大器部分 .................................................... 5 1.3.4 伺服电机部分 .................................................. 6 1.4 系统结构图和信号流图 ............................................... 8
1.4.1 系统结构图 .................................................... 8 1.4.2 系统信号流图 .................................................. 9 1.5 系统传递函数 ....................................................... 9
2 控制系统根轨迹的Matlab绘制 ................................... 10 3 控制系统时域分析 .............................................. 12
3.1 Ka?10时系统性能分析 ............................................. 12
3.1.1 暂态性能和稳态性能分析 ....................................... 12 3.1.2 单位阶跃响应的Matlab绘制 .................................... 13 3.1.3 暂态性能指标分析 ............................................. 14 3.2 阻尼比为0.7时性能分析 ............................................ 15
课程设计小结 .................................................... 17 参考文献 ........................................................ 18
I
武汉理工大学《自动控制原理》课程设计
摘 要
自动控制技术是20世纪发展最快、影响最大的技术之一，也是21世纪最重要的高技术之一。今天，技术、生产、军事、管理、生活等各个领域，都离不开自动控制技术。就定义而言，自动控制技术是控制论的技术实现应用，是通过具有一定控制功能的自动控制系统，来完成某种控制任务，保证某个过程按照预想进行，或者实现某个预设的目标。
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。
本次设计任务是分析一个位置随动系统，本文通过开始的各个环节的数学建模，逐个推导各环节的数学传递函数，继而综合总的结构框图和信号流图，计算出总的系统的传递函数。在建立了传递函数的基础上，进一步利用时域分析的方法，绘制出理论分析的系统的根轨迹曲线和阶跃响应曲线。再计算得到相应的暂态指标和稳态指标，然后通过指标分析，总结出系统的性能，再反思得出各种指标参数的原因和相互关系。较全面的解决了位置随动系统的分析。
关键词：自动控制技术、随动控制系统、传递函数、时域分析
II