机械电子工程毕业设计-基于MATLAB的电压——转角机电伺服控制系统设计与仿真.docx

1、 本科毕业论文（20 届）基于 MATLAB 的电压转角机电伺服控制系统设计与仿真所在学院专业班级 机械电子工程学生姓名指导教师完成日期诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目： 基于MATLAB的电压-转角机电伺服控制系统设计与仿真 1设计的主要任务及目标学生应通过本次毕业设计，综合运用所学过的基础理论知识，在深入了解反馈控制系统工作原理的基础上，掌握机电伺服系统建模、分析及校正环节设计的基本过程；初步掌握运用MATLAB/Simulink相关模块进行控制系统设计

2、与仿真的方法，为学生在毕业后从事机电伺服控制系统设计工作打好基础。2设计的基本要求和内容（1）根据已有电压-转角伺服系统相关资料，对其结构特点及工作原理进行分析；（2）建立系统的数学模型，分析系统的性能指标；（3）设计校正环节；（4）运用 MATLAB/SIMULINK 对系统进行仿真计算；（5）通过动态仿真设计，优化系统参数；3主要参考文献1 刘白燕等编,机电系统动态仿真-基于 MATLAB/SIMULINKM.北京：机械工业出版社,2005.72 王积伟，吴振顺等著，控制工程基础M.北京：高等教育出版社 2001.83 美 Katsuhiko Ogata 著，现代控制工程M，北京：电子工业

3、出版社4 徐昕等著. MATLAB 工具箱应用指南.北京:电子工业出版社,20004进度安排设计各阶段名称 起止日期1 查阅资料，总体规划，完成开题 2013.12.182014.03.162 分析电压-转角伺服系统工作原理 2014.03.172014.03.233 建立系统的数学模型，分析系统的性能指标2014.03.242014.04.134 设计校正环节 2014.04.142014.05.115 运用MATLAB/Simulink完成系统的仿真 2014.05.122014.05.316 分析结果，整理论文，准备答辩 2014.06.012014.06.10基于 MATLAB 的电压

4、转角机电伺服控制系统设计与仿真摘要：以机电伺服控制理论为基础，在对电压-转角伺服系统工作原理进行分析的基础上，考虑系统的各项性能指标，确定系统的各项参数，建立一种相对较准确和实用的数学模型，在 MATLAB 软件的 Simulink 模块下进行系统仿真，通过对仿真结果的图形曲线的分析与比较，对系统特性进行分析，根据分析结果对选定的各个参数进行修改，进而确定系统参数的最佳值，改进系统的精确性与稳定性，已达到设计要求。关键词：伺服系统，Simulink，建模与仿真，分析The design and simulation of voltage Angle of mechanical and elec

5、trical servo control system based on MATLAB abstract：Based on the mechanical and electrical servo control theory, the analysis of voltage - Angle servo system working principle, on the basis of considering various performance indicators in the system, I determine the various parameters of the system

6、, and establish a relatively accurate and practical mathematical model of system simulation is carried out under the Simulink module of MATLAB software, based on the simulation results of graphics curve comparison and analysis of characteristics of the system were analyzed, according to the analysis

7、 results for the selected counties parameters are modified, and determine the optimal values of system parameters, improve the system accuracy and stability, has reached the design requirements.Keyword：the servo syste m ,Simulink ,modeling and simulation , analysisI目 录1 绪 论 .11.1 选题背景 .11.2 设计研究目的及意

8、义 .12 伺服控制系统简介 .22.1 伺服控制系统的组成 .22.2 伺服控制系统概述 .23 MATLAB 应用分析 .43.1 MATLAB 简介 .43.2 Simulink 模块仿真简介 .44 电压 转角伺服系统工作原理 .65 系统的数学模型 .76 控制系统性能分析 .116.1 控制系统的性能要求 .116.2 基于 MATLAB 的性能分析 .127 伺服控制系统的校正 .157.1 校正方法概述 .157.2 校正方法选择 .167.2.1 局部反馈校正 .167.2.2 校正类型确定 .217.2.3 校正装置的分析 .247.2.4 校正装置的参数 .258 基于

9、MATLAB/Simulink 的系统仿真 .30参考文献 .34致 谢 .3611 绪 论1.1 选题背景加入世界贸易组织以后,经济全球化的发展趋势促使我国必须加快现代化的步伐,提高国内企业生产自动化的水平,以增加自身的竞争能力,在国际市场中谋得应有的一席之地。这就要求国内企业一方面要增加自身的科技创新能力;另一方面也要将有价值的科技成果迅速落实到生产领域中,创造实际的经济效益。控制理论的发展,为推广现代先进控制理论的应用起到抛砖引玉的作用。随着各项高新技术的不断发展,在一些工程的施工或其他一些行业中也逐渐的实现了设备的半智能化、智能化等。机电控制系统主要是综合运用机械、计算机、信息处理和自

10、动控制技术等于一体的新兴综合技术。近年来,各行各业也竞相借助机电控制系统,从而大大的提高了行业的生产效率,节约了大量的成本,减少了能源与材料的消耗量。由于生产制造需要大量的机电设备配合才能完成,因此,机电控制系统在各个行业也得到了快速的发展。1.2 设计研究目的及意义电压-转角机电伺服控制系统是小功率位置随动实验装置，利用该装置可以完成位置伺服控制、直流电机调速、运算放大器性能测试、PID 校正和功率放大器控制等实验。同时通过对该系统的分析与研究可以提取控制系统的有关信息和性能参数，为实际应用奠定一定的理论基础和实践经验。通过对该系统的仿真可以使复杂繁琐的实际试验在实验室借助计算机等实验装置进

11、行模拟，获得一定的实用信息。机电伺服系统主要用于小功率伺服控制。它的主要缺点是驱动能力小、响应速度慢，但在信号检测、信号传递、信号处理等方面，具有很好的灵活性和准确性。仿真的基本思想是利用物理或数学模型来类比模仿显示过程或真实系统，通过对模型的分析和实验来研究系统的行为，寻求过程和规律。仿真过程按照“建模实验分析”的步骤进行。首先在建模阶段将实际系统抽象成为数学模型或方块流程图；然后，在计算机系统中对建立的模型进行仿真实验，从而得到有关数据2或图形；在此基础上进行数据分析和理论论证，最终得到实验结果。32 伺服控制系统简介2.1 伺服控制系统的组成机电一体化的伺服控制系统的结构,类型繁多,但从

12、自动控制理论的角度来分析,伺服控制系统一般包括控制器,被控对象,执行环节,检测环节,比较环节等五部分：比较环节比较环节是将输入的指令信号与系统的反馈信号进行比较,以获得输出与输入间的偏差信号的环节,通常由专门的电路或计算机来实现。控制器控制器通常是计算机或 PID 控制电路,其主要任务是对比较元件输出的偏差信号进行变换处理,以控制执行元件按要求动作。执行环节执行环节的作用是按控制信号的要求,将输入的各种形式的能量转化成机械能,驱动被控对象工作.机电一体化系统中的执行元件一般指各种电机或液压,气动伺服机构等。被控对象机械参数量包括位移，速度，加速度，力，和力矩为被控对象。检测环节检测环节是指能够对输出进行测量并转换成比较环节所需要的量纲的装置,一般包括传感器和转换电路。2.2 伺服控制系统概述随着材料技术、电力电子技术、控制理论技术、计算机技术、微电子技术的快速发展以及电机制造工艺水平的逐步提高，同时伴随着制造业的不断升级和“柔性制造技术”的快速发展，为“柔性加工和制造技术”的核心技术之一的“伺服驱动技术”迎来又一大好的发展时机。 因而，机电伺服系统的发展也正变得愈来愈有发展的生机和活力。近年来，我国伺服市场总体呈现出良好的发展势头，机电伺服市