太原工業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計基于MATLAB的電壓——轉(zhuǎn)角機電伺服控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真機械工程系郭文澤102012104學生姓名： 學號： 機械電子工程系 部： 李雅青專 業(yè)： 指導教師： 二○一四年六月 誠信聲明本人鄭重聲明：本論文及其研究工作是本人在指導教師的指導下獨立完成的，在完成論文時所利用的一切資料均已在參考文獻中列出 本人簽名： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書設(shè)計題目： 基于MATLAB的電壓-轉(zhuǎn)角機電伺服控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真 系部： 機械工程系 專業(yè)： 機械電子工程 學號： 102012104 學生：郭文澤 指導教師（含職稱）：李雅青（副教授）專業(yè)負責人： 張煥梅 1．設(shè)計的主要任務(wù)及目標學生應(yīng)通過本次畢業(yè)設(shè)計，綜合運用所學過的基礎(chǔ)理論知識，在深入了解反饋控制系統(tǒng)工作原理的基礎(chǔ)上，掌握機電伺服系統(tǒng)建模、分析及校正環(huán)節(jié)設(shè)計的基本過程；初步掌握運用MATLAB/Simulink相關(guān)模塊進行控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真的方法，為學生在畢業(yè)后從事機電伺服控制系統(tǒng)設(shè)計工作打好基礎(chǔ)。

2．設(shè)計的基本要求和內(nèi)容（1）根據(jù)已有電壓-轉(zhuǎn)角伺服系統(tǒng)相關(guān)資料，對其結(jié)構(gòu)特點及工作原理進行分析；（2）建立系統(tǒng)的數(shù)學模型，分析系統(tǒng)的性能指標；（3）設(shè)計校正環(huán)節(jié)；（4）運用MATLAB/SIMULINK對系統(tǒng)進行仿真計算；（5）通過動態(tài)仿真設(shè)計，優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)；3．主要參考文獻[1] 劉白燕等編,機電系統(tǒng)動態(tài)仿真-基于MATLAB/SIMULINK[M].北京：機械工業(yè)出版社,2005.7[2] 王積偉，吳振順等著，控制工程基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社2001.8[3] [美]Katsuhiko Ogata著，現(xiàn)代控制工程[M]，北京：電子工業(yè)出版社[4] 徐昕等著. MATLAB工具箱應(yīng)用指南.北京:電子工業(yè)出版社,20004．進度安排設(shè)計各階段名稱起止日期1查閱資料，總體規(guī)劃，完成開題2013.12.18～2014.03.162分析電壓-轉(zhuǎn)角伺服系統(tǒng)工作原理2014.03.17～2014.03.233建立系統(tǒng)的數(shù)學模型，分析系統(tǒng)的性能指標2014.03.24～2014.04.134設(shè)計校正環(huán)節(jié)2014.04.14～2014.05.115運用MATLAB/Simulink完成系統(tǒng)的仿真2014.05.12～2014.05.316分析結(jié)果，整理論文，準備答辯2014.06.01～2014.06.10 基于MATLAB的電壓——轉(zhuǎn)角機電伺服控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真摘要：以機電伺服控制理論為基礎(chǔ)，在對電壓-轉(zhuǎn)角伺服系統(tǒng)工作原理進行分析的基礎(chǔ)上，考慮系統(tǒng)的各項性能指標，確定系統(tǒng)的各項參數(shù)，建立一種相對較準確和實用的數(shù)學模型，在MATLAB軟件的Simulink模塊下進行系統(tǒng)仿真，通過對仿真結(jié)果的圖形曲線的分析與比較，對系統(tǒng)特性進行分析，根據(jù)分析結(jié)果對選定的各個參數(shù)進行修改，進而確定系統(tǒng)參數(shù)的最佳值，改進系統(tǒng)的精確性與穩(wěn)定性，已達到設(shè)計要求。

關(guān)鍵詞：伺服系統(tǒng)，Simulink，建模與仿真，分析The design and simulation of voltage Angle of mechanical and electrical 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, 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 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 , analysis 目 錄1緒 論 11.1選題背景 11.2設(shè)計研究目的及意義 12伺服控制系統(tǒng)簡介 22.1伺服控制系統(tǒng)的組成 22.2伺服控制系統(tǒng)概述 23 MATLAB應(yīng)用分析 43.1 MATLAB簡介 43.2 Simulink模塊仿真簡介 44電壓——轉(zhuǎn)角伺服系統(tǒng)工作原理 65系統(tǒng)的數(shù)學模型 76控制系統(tǒng)性能分析 116.1控制系統(tǒng)的性能要求 116.2基于MATLAB的性能分析 127伺服控制系統(tǒng)的校正 157.1校正方法概述 157.2校正方法選擇 167.2.1局部反饋校正 167.2.2校正類型確定 217.2.3 校正裝置的分析 247.2.4 校正裝置的參數(shù) 258基于MATLAB/Simulink的系統(tǒng)仿真 30參考文獻 34致 謝 361 1緒 論1.1選題背景加入世界貿(mào)易組織以后,經(jīng)濟全球化的發(fā)展趨勢促使我國必須加快現(xiàn)代化的步伐,提高國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)自動化的水平,以增加自身的競爭能力,在國際市場中謀得應(yīng)有的一席之地。

這就要求國內(nèi)企業(yè)一方面要增加自身的科技創(chuàng)新能力;另一方面也要將有價值的科技成果迅速落實到生產(chǎn)領(lǐng)域中,創(chuàng)造實際的經(jīng)濟效益控制理論的發(fā)展,為推廣現(xiàn)代先進控制理論的應(yīng)用起到拋磚引玉的作用隨著各項高新技術(shù)的不斷發(fā)展,在一些工程的施工或其他一些行業(yè)中也逐漸的實現(xiàn)了設(shè)備的半智能化、智能化等機電控制系統(tǒng)主要是綜合運用機械、計算機、信息處理和自動控制技術(shù)等于一體的新興綜合技術(shù)近年來,各行各業(yè)也競相借助機電控制系統(tǒng),從而大大的提高了行業(yè)的生產(chǎn)效率,節(jié)約了大量的成本,減少了能源與材料的消耗量由于生產(chǎn)制造需要大量的機電設(shè)備配合才能完成,因此,機電控制系統(tǒng)在各個行業(yè)也得到了快速的發(fā)展1.2設(shè)計研究目的及意義電壓-轉(zhuǎn)角機電伺服控制系統(tǒng)是小功率位置隨動實驗裝置，利用該裝置可以完成位置伺服控制、直流電機調(diào)速、運算放大器性能測試、PID 校正和功率放大器控制等實驗同時通過對該系統(tǒng)的分析與研究可以提取控制系統(tǒng)的有關(guān)信息和性能參數(shù)，為實際應(yīng)用奠定一定的理論基礎(chǔ)和實踐經(jīng)驗通過對該系統(tǒng)的仿真可以使復雜繁瑣的實際試驗在實驗室借助計算機等實驗裝置進行模擬，獲得一定的實用信息機電伺服系統(tǒng)主要用于小功率伺服控制它的主要缺點是驅(qū)動能力小、響應(yīng)速度慢，但在信號檢測、信號傳遞、信號處理等方面，具有很好的靈活性和準確性。

仿真的基本思想是利用物理或數(shù)學模型來類比模仿顯示過程或真實系統(tǒng)，通過對模型的分析和實驗來研究系統(tǒng)的行為，尋求過程和規(guī)律仿真過程按照“建?！獙嶒灐治觥钡牟襟E進行首先在建模階段將實際系統(tǒng)抽象成為數(shù)學模型或方塊流程圖；然后，在計算機系統(tǒng)中對建立的模型進行仿真實驗，從而得到有關(guān)數(shù)據(jù)或圖形；在此基礎(chǔ)上進行數(shù)據(jù)分析和理論論證，最終得到實驗結(jié)果2伺服控制系統(tǒng)簡介2.1伺服控制系統(tǒng)的組成機電一體化的伺服控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),類型繁多,但從自動控制理論的角度來分析,伺服控制系統(tǒng)一般包括控制器,被控對象,執(zhí)行環(huán)節(jié),檢測環(huán)節(jié),比較環(huán)節(jié)等五部分： 比較環(huán)節(jié)比較環(huán)節(jié)是將輸入的指令信號與系統(tǒng)的反饋信號進行比較,以獲得輸出與輸入間的偏差信號的環(huán)節(jié),通常由專門的電路或計算機來實現(xiàn) 控制器控制器通常是計算機或PID控制電路,其主要任務(wù)是對比較元件輸出的偏差信號進行變換處理,以控制執(zhí)行元件按要求動作 執(zhí)行環(huán)節(jié)執(zhí)行環(huán)節(jié)的作用是按控制信號的要求,將輸入的各種形式的能量轉(zhuǎn)化成機械能,驅(qū)動被控對象工作.機電一體化系統(tǒng)中的執(zhí)行元件一般指各種電機或液壓,氣動伺服機構(gòu)等 被控對象機械參數(shù)量包括位移，速度，加速度，力，和力矩為被控對象。

檢測環(huán)節(jié)檢測環(huán)節(jié)是指能夠?qū)敵鲞M行測量并轉(zhuǎn)換成比較環(huán)節(jié)所需要的量綱的裝置,一般包括傳感器和轉(zhuǎn)換電路2.2伺服控制系統(tǒng)概述隨著材料技術(shù)、電力電子技術(shù)、控制理論技術(shù)、計算機技術(shù)、微電子技術(shù)的快速發(fā)展以及電機制造工藝水平的逐步提高，同時伴隨著制造業(yè)的不斷升級和“柔性制造技術(shù)”的快速發(fā)展，為“柔性加工和制造技術(shù)”的核心技術(shù)之一的“伺服驅(qū)動技術(shù)”迎來又一大好的發(fā)展時機 因而，機電伺服系統(tǒng)的發(fā)展也正變得愈來愈有發(fā)展的生機和活力近年來，我國伺服市場總體呈現(xiàn)出良好的發(fā)展勢頭，機電伺服市場同樣出現(xiàn)了非常不錯的發(fā)展勢頭機電伺服控制技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)機械各部分的控制，特別在無級變速控制領(lǐng)域的應(yīng)用吸引著人們的注意力與此同時，機電伺服控制理論也必將伴隨著國內(nèi)外市場的需要而不斷有所突破和創(chuàng)新 電壓—轉(zhuǎn)角機電伺服控制系統(tǒng)是一種典型的位置隨動系統(tǒng)，是由輸入量跟蹤給定量的位置控制系統(tǒng)通常，位置隨動系統(tǒng)一定具有指令位置和位置檢測反饋裝置位置指令將希望的位移量轉(zhuǎn)換成具有一定精度的電信號，位置反饋檢測裝置隨時檢測出受控機械的實際位置，并轉(zhuǎn)為一定精度的電信號位置指令信號和位置反饋信號比較后，產(chǎn)生一個偏差控制信號，經(jīng)過放大器放大后控制執(zhí)行電動機向著消除誤差的方向旋轉(zhuǎn)，直到達到一定的位置精度為止。

這樣受控機械的實際位置始終跟蹤指令位置的變化總的來說，控制系統(tǒng)包括開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)及半開半閉系統(tǒng)電壓—轉(zhuǎn)角機電伺服控制系統(tǒng)是一種將執(zhí)行電動機的輸出轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)化為與輸入相同的電壓信號的閉環(huán)控制系統(tǒng)，閉環(huán)系統(tǒng)的控制部分一般應(yīng)包括測量反饋元件，比較元件，放大元件，執(zhí)行元件等通常，按控制對象的功率要求和所須能源形式以及控制對象的工作條件來選擇執(zhí)行元件，例如伺服電動機，液壓/氣動馬達等；根據(jù)被控量的形式選擇測量元件，例如電位器，熱電偶，測速發(fā)電機以及各類傳感器等；然后按輸入信號和反饋信號的形式選擇給定元件和比較元件，例如電位計，旋轉(zhuǎn)變壓器，機械式差動裝置等；根據(jù)控制精。