3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕： 三、设计要求 1、计算并选择电动机型号及调节器的结构参数； 2、画出系统的电气原理图（标明各环节参数，计算机制图，推荐使用Protell软件）； 3、画出系统的动态结构图（标明各环节参数）； 4、利用MATLAB软件对所设计的系统进行验证，给出仿真结果； 5、利用Bode图近似画法，绘制系统的对数频域渐近特性； 6、对比（4）、（5）的图形并说明其异同； 7、提交设计说明书。

课 程 设 计 任 务 书

4．主要参考文献： [1] 陈伯时.电力拖动自动控制系统.第三版.北京.机械工业出版社.2003:11－144 [2] 陈伯时.电力拖动自动控制系统.第二版.北京.机械工业出版社.2000:151-172 [3] 黄忠霖.控制系统MATLAB计算及防真.北京.国防工业出版社.2001:11-327 [4] 胡寿松.自动控制原理.北京.科学出版社.2001:32-132 [5] 徐以荣，冷增祥.电力电子技术.南京.东南大学出版社.1999:153-165 [6] 赵昌颖，宋世光.电力拖动基础.哈尔滨.哈尔滨人民出版社.1996:86-98 [7] 李正熙，白晶主.电力拖动自动控制系统.北京.冶金工业出版社.1997:184-196 [8] 陈伯时.自动控制系统.北京.机械工业出版社.1981:55-185 [9] 王兆安，黄俊主.电力电子技术.第四版.北京.机械工业出版社.2000:64-86 5．设计成果形式及要求： 提交设计说明书，并给出计算过程以及各种电路图，仿真图结果。 6．工作计划及进度： 2013 年 12 月 9 日 ~ 12 月 10 日 查阅与设计相关的资料 12 月 11 日 ~ 12 月 12 日 学习和理解找到的资料 12 月 13 日 ~ 12 月 15 日 根据设计要求开始设计 12 月 16 日 ~ 12 月 19 日 用计算机制图和仿真，完成设计 12 月 20 日 ~ 12 月 20 日 答辩或成绩考核 基层教学组织审查意见： 签字： 年 月 日

位置随动系统的概述

一．位置随动系统的概念

位置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。 二．位置随动系统的基本组成 1.电位器式位置随动系统的组成

下面通过一个简单的例子说明位置随动系统的基本组成，其原理图如图1-1所示。这是一个电位器式的小功率位置随动系统，有以下五个部分组成：

图1-1 电位器式位置随动系统原理图

（1）位置传感器 由电位器RP1和RP2组成位置传感器。RP1是给定位置传

*感器,其转轴与操纵轮连接，发出转角给定信号?m；RP2是反馈位置传感器，其

转轴通过传动机构与负载的转轴相连，得到转角反馈信号?m。两个电位器由同一个直流电源Us供电，使电位器输出电压U*和U，直接将位置信号转换成电压

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*量。误差电压?U?U*?U反映了给定与反馈的转角误差????m??m，通过放

大器等环节拖动负载，最终消灭误差。

（2）电压比较放大器（A） 两个电位器输出的电压信号U*和U在放大器A中进行比较与放大，发出控制信号Uc。由于?U是可正可负的，放大器必须具有鉴别电压极性的能力。输出的控制电压Uc也是可逆的。

(3)电力电子变换器（UPE） 它主要起功率放大的作用（同时也放大了电压），而且必须是可逆的。在小功率直流随动系统中多用P-MOSFET或IGBT桥式PWM变换器。对于大功率位置随动系统，会用到可逆的脉宽调制式PWM变换器。

(4)伺服电机（SM） 在小功率直流随动系统中多用永磁式直流伺服电机，在不同情况下也可采用其它直流或交流伺服电机。大功率随动系统中也可采用永磁式直流伺服电机，由伺服电机和电力电子变换器构成可逆拖动系统是位置随动系统的执行机构。

(5)减速器与负载 在一般情况下负载的转速是很低的，在电机与负载之间必须设有传动比为i的减速器。在现代机器人、汽车电子机械等大功率设备中，为了减少机械装置，倾向于采用低速电机直接传动，可以取消减速器。

以上五个部分是各种位置随动系统都有的，在不同情况下，由于具体条件和性能要求的不同，所采用的具体元件、装置和控制方案可能有较大的差异。 2.位置随动系统的分类

随着科学技术的发展出现了各类随动系统由于位置随动系统的特征体现在位置上，体现在位置给定信号和位置反馈信号及两个信号综合比较方面，因此可根据这个特征将它划分为两个类型，一类是模拟式随动系统，一类是数字式随动系统。数字式随动系统又可分为数字相位随动系统和数字脉冲随动系统。由于本次设计研究的是模拟随动系统，数字随动系统就不做介绍。对于模拟随动系统可按闭环系统分为三类。

多环位置随动系统

这里只详细介绍经典的位置、转速、电流三环控制系统转速，这类系统适用广泛。多环系统还包括只有位置环、电流环，没有转速环；或是只有位置环、转速环，没有电流环，其实同三环系统大同小异，分析和设计方法相同。

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