自动控制原理课程设计 一类位置随动系统的滞后校正

位置随动系统是一种重要的自动控制系统，它主要用于跟踪随机变化的输入信号，确保输出能精确、快速地响应。在本课程设计中，我们关注的是一类特定的位置随动系统，涉及的关键概念包括滞后校正和PD控制器的设计。 1. **位置随动系统原理** - **系统构成**：位置随动系统通常由自整角机、功率放大器、两相伺服电动机、测速发电机和减速器等组成。自整角机接收控制信号，通过功率放大器放大并驱动伺服电动机，伺服电动机的转动则通过测速发电机反馈速度信息，减速器用于降低转速并增加扭矩。 - **传递函数**：分析系统性能时，需分别求解各部分的传递函数，然后组合成整个系统的闭环传递函数。这有助于了解系统动态响应的特性。 2. **滞后校正** - **滞后问题**：在实际系统中，由于物理过程的延迟，可能会出现动态响应滞后现象，影响系统的稳定性和精度。滞后校正就是针对这一问题，通过引入补偿环节来改善系统性能。 - **校正目标**：本设计的目标是通过PD控制器的设计，提高系统的阻尼比至0.74。阻尼比是衡量系统稳定性的一个关键指标，适当的阻尼比可以使系统具有良好的动态性能，如快速收敛和无超调。 3. **PD控制器** - **PD控制**：PD控制器结合了比例(P)和微分(D)控制，比例项用于快速响应偏差，微分项则能提前预测误差趋势，减少超调，提高系统的瞬态响应。 - **设计方法**：设计PD控制器时，需要调整控制器的参数以达到期望的阻尼比。这通常通过分析开环频率特性，确定截止频率、相角裕度和幅值裕度来进行。 4. **系统仿真与比较** - **Matlab仿真**：利用Matlab的控制系统工具箱，可以对校正前后的系统进行动态仿真，观察时域响应曲线的变化。 - **分析差异**：比较校正前后的响应曲线，可以发现校正后系统的收敛速度、振荡程度和稳定性有显著改善。分析这些变化的原因，有助于深入理解PD控制器的作用。 5. **课程设计流程** - **审题与资料查阅**：首先理解设计任务，搜集相关资料，了解滞后校正和PD控制器的基本理论。 - **分析与计算**：计算系统各部分传递函数，绘制系统结构图和信号流图，确定开环系统性能指标。 - **设计与优化**：设计PD控制器，调整参数以满足阻尼比要求。 - **仿真分析**：利用Matlab进行系统仿真实验，对比校正前后的性能差异。 - **报告撰写**：整理研究成果，撰写详细的设计报告。 - **论文答辩**：最后进行口头报告，解答评审教师的疑问。 本课程设计通过实践操作，不仅强化了对自动控制原理的理解，还提升了对控制系统设计与分析的能力，特别是对于滞后校正和PD控制器的应用有了深入的认识。这种实践经验对于未来的工程实践具有重要价值。