1、课程设计名称： 自动控制原理课程设计 题 目：火炮跟踪随动控制系统专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 课程设计任务书一、 设计题目：车载武器随动系统设计二、 设计任务：设计一个随动系统，使其发射端口在要求的精度和时间范围内跟踪目标.三、 设计计划：1.查阅相关资料2.确定设计方案3.进行设计并定稿四、 设计要求：要求设计的随动系统在跟踪过程有足够的稳定性与快速性指 导 教师：徐建华教研室主任：徐建华时 间： 2011 年 12 月 9 日 中 国 矿 业 大 学 银 川 学 院课 程 设 计 成 绩 评 定 表学期 20112012 年度第一学期 姓名 专业 班级 课程名称 自动控制原理课
2、程设计设计题目 评定指标 分值 得分知识创新性 20 理论正确性 20内容难易性 15评 结合实际性 10知识掌握程度 15书写规范性 10工作量 10总成绩 100定标准评语：任课教师 徐 建 华 时间 年 月 日备 注摘 要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。本文对一个随动系统进行研究，在准确把握研究的方向基础上，始终以系统的高运行性能为目标，在控制系统的稳定性，快速性，准确性这三者之间的
3、固有矛盾中寻找最佳的平衡点。通过建立模型，元件确定，参数分析，串联校正四大模块，整合自动控制理论的各个知识点，包含了经典控制理论的大部分内容，知识点相互穿插，紧密联系，并有机结合成一篇完整的论文。目 录一 系统设计的步骤 11.1 设计方案 11.1.1 控制系统的基本组成 11.1.2 系统的构造 11.2 系统的方框图及开环传函 52.1 系统方框图52.2 系统开环传函61.3 火炮系统的工作过程 61.4 性能指标的确定 6二 控制系统方案和主要元部件的选择 72.1 系统方案 72.2 元部件选择 7三 开环增益和静态误差计算 83.1 系统无测速反馈 83.2 系统加入测速反馈 8
4、3.2.1 劳斯判据分析93.2.1 根轨迹分析 93.2.3 频域分析 103.3 静态误差的计算 11四 动态分析和校正装置的设计13五 结论15六 设计体会16七 参考文献17一 系统设计的步骤1.1 设计方案1.1.1 控制系统的基本组成:(1)控制任务： 控制火炮跟踪目标，确定目标位置,适时开炮击中目标。(2)被控对象： 火炮。(3)被控量： 火炮轴转角2,即自整角机接收机转子转角。(4)给定输入： 自整角机发送机转角1。(5)干扰输入： 电源电压变化，电机激磁电流变化，电机负载转动力矩变化。(6)偏差量： 1-2 称为角差。(7)控制过程： 消除1-2 的角差及上述干扰输入影响的过
5、程就是对火炮方位角的控制过程。(8)执行元件： 控制动作发出者,直流伺服电动机,把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移(角速度)输出。(9)控制量： 直流伺服电动机的电枢电压 ua（也是功率放大器的输出） 。以上为本系统必须具备的框架,在这个框架的基础上进行下面的进一步分析。1.1.2 系统的构造:(1) 电位器 电位器是一种把线位移角位移变换成电压量的装置。本系统中,采用了一对电位器组成误差检测器,其中上边的电位器用作输入信号的接受装置,下边的电位器用作电动机驱动火炮引起的角度改变的检测装置,反馈到输入端,与输入电位器进行同相连接,得到的电压作为误差信号输人到前向通道中去 (如图1) 。图
6、 1-1 电位器由图可以得出输出电压为 121121()()()()()()uttutKttKt其中 ,是单位角位移对应的输出电压,称电位器传递系数。max/KE当雷达检测到外界目标的坐标位置时,把位置信号转换成电压信号,再输入到给定电位器中,就实现了信号的变换功能。图 1-2 电位器结构图(2) 运算放大器 用做电压放大信号,由电位器得到的误差信号为微弱信号需要经过运算放大器的放大,才能得到有用信号。K 1图 1-3 运放 由图可以得出输出电压为 32()()utKut其中 为运放 的放大倍数 , 。2K/fiRU3U图 1-4 运放 1 结构图(3) 运算放大器 用作有源滤波装置,由于输入
7、为随动信号,而执行元件为直流电机,电枢电压为直流信号,故需要在前向通道的前端加入有源滤波电路,滤除高频信号和干扰信号,保证系统的稳定性。图 1-5 运放 II由图可以得出输出与输入之间的关系为K 243 11()fufu RKUsCKTsR其中 为通带放大倍数,T=RC 为时间常数。1()fuf3U4U图 1-6 运放 II 结构图(4) 功率放大电路 本系统采用晶闸管整流装置,包括触发电路和晶闸管主电路。忽略晶闸管控制电路的时间滞后,其输入输出的方程为 34auK式中 为比例系数。3K4Ua图 1-7 功放结构图(5) 直流电动机 图 1-8 表示磁场固定不变(激磁电流 If =常数)，用电
8、枢电压来控制的直流电动机。设它的控制输入为电枢电压 ua ，它的输出轴角位移 (用在位置随动系统时)或角速度 (用在转速控制系统时)为输出，负载转矩 ML 变化为主要扰动。现欲求输入与输出关系微分方程式。考虑一般电机补偿是良好的，在反应速度不是很快的场合，可以不计电枢反应、涡流效应和磁滞影响；当 If为 常值时，磁场不变，并认为电机绕组温度在瞬变过程中是不变的。如此假设在工程上是允许的。K 31ufKTs图 1-8 电枢电压控制的直流电动机电枢电压控制的直流电动机微分方程式 mmacdwTKuMt式中系数均为折算到电动机轴上的等效值, 。/amameTRJfC则忽略负载的拉氏变换为 1maKsUsTsaUa aU图 1-9 直流电动机的结构图(6) 测速电机 图 1-10 为永磁式直流测速电机,在电枢两端输出与转子角速度成正比的直流电压,即 ()()tdutK为测速发电机的输出斜率。tK1ms
