基于MATLAB的随动系统的设计与仿真-本科生毕业论文设计.doc

1、本科生毕业论文设计题目基 于 MATLAB 的 随 动 系 统 的 设 计 与 仿 真 作者姓名 XXX 指导教师 XXX 所在学院 职业技术学院 专业（系）电气工程及其自动化 班级（届） 2015 届 完成日期 2015 年 5 月 4 日XX 师范大学本科生毕业论文目录中文摘要、关键词 I英文摘要、关键词 II第一章绪论 11.1 课题研究背景 11.1.1 随动系统现状及历史 11.1.2 随动系统的应用 11.2 随动系统发展方向及特点 2第二章雷达天线位置随动系统的设计 32.1 位置随动系统概述 32.2 雷达天线位置随动系统的工作原理 42.2.1 系统的基本组成 42.2.2

2、该位置随动系统的工作原理 6第三章系统的建模与仿真 73.1 MATLAB 语言简介 73.1.1MA 丁 LAB 语言概述 73.1.2MATLAB 语言的特点 83.2 系统数学传函的建模 83.3 基于 MATLAB 的系统的性能分析及仿真 103.3.1 稳定性分析 103.3.2 系统时域性能指标分析与仿真 113.3.3 系统频域性能分析及仿真 13XX 师范大学本科生毕业论文第四章系统的 PID 校正 154.1PID 校正参数的确定 154.1.1 比例系数的确定 154.1.2 微分时间常数 TD 的确定 174.1.3 积分时间常数 TI 的确定 184.2 加入校正环节后

3、的系统结构图 204.3 校正前后系统性能比较及仿真 214.3.1 校正后系统稳定性分析 214.3.2 校正后系统时域性能分析与比较 214.3.3 校正后系统频域性能分析与比较 22第五章结束语 24致谢 24参考文献 26XX 师范大学本科生毕业论文I基于 MATLAB 的随动系统的设计与仿真职业技术学院电气工程及其自动化专业指导教师 XXX作 者 XXX摘要： 随 动 系 统 ， 亦 称 为 伺 服 系 统 ， 是 一 种 用 来 控 制 被 控 对 象 的 某 种 状 态 ， 使 被 控 对象 的 输 出 能 自 动 、 连 续 、 精 确 地 复 现 输 入 信 号 变 化 规

4、律 的 控 制 系 统 。 位 置 随 动 系 统的 被 控 量 是 位 置 ， 一 般 用 线 位 移 或 角 位 移 表 示 。 当 位 置 给 定 量 作 某 种 变 化 时 ， 该 系统 的 主 要 任 务 就 是 使 输 出 位 移 快 速 而 准 确 地 复 现 给 定 量 位 移 。 随 动 系 统 和 调 速 系 统 一 样 都 是 反 馈 控 制 系 统 ， 通 过 对 系 统 的 输 出 量 和 给 定 量 进 行比 较 ， 组 成 闭 环 控 制 。 位 置 随 动 系 统 不 同 于 调 速 系 统 ， 其 位 置 给 定 是 经 常 变 化 的 ， 是一 个 随 机

5、变 量 ， 它 要 求 输 出 量 能 够 准 确 的 跟 随 给 定 量 的 变 化 ， 系 统 稳 定 是 前 提 ， 在保 证 稳 定 性 的 情 况 下 ， 输 出 响 应 的 快 速 性 、 灵 活 性 、 准 确 性 是 位 置 随 动 系 统 的 主 要 特证 ， 所 以 位 置 随 动 系 统 必 定 是 一 个 位 置 反 馈 控 制 系 统 。本 文 我 们 以 雷 达 天 线 位 置 跟 随 系 统 为 例 ， 介 绍 系 统 的 工 作 过 程 ， 设 计 原 理 ， 然 后对 其 应 用 MATLAB 编 程 及 仿 真 进 行 性 能 分 析 ， 最 后 按 系 统

6、 同 要 求 进 行 PID 校 正 ，使 系 统 的 时 域 性 能 及 频 域 性 能 都 符 合 一 定 要 求 ， 从 而 达 到 改 善 系 统 设 计 的 目 的 。关键词；位 置 随 动 系 统 MATLAB 仿 真 PID校 正 稳 定 性XX 师范大学本科生毕业论文IAbstract： Servo system, also known as servo system, is a method used to control a certain state of the controlled object, the control system of the output of

7、 controlled object can automatically, continuously, accurately reproduce the input variation signal. The position servo system of the controlled quantity is generally expressed by the line of position, displacement or angular displacement. When the position is given for a change, the main task of th

8、is system is to make the output displacement quickly and accurately reproduced to quantitative displacement.Servo system and control system are the same as the feedback control system, the output of the system and give the quantitative comparison, to form a closed loop control. The position servo sy

9、stem is different from the control system, the given positions often changes, is a random variable, it requires the output can accurately follow to quantitative changes, the system stability is the prerequisite, in ensuring the stability, accuracy, flexibility, fast output response is main feature w

10、ith the system, so the position servo system must be a position feedback control system.In this paper, we take the radar antenna servo system as an example, the principle of working process, introduces the design of the system, and then the application programming and Simulation of MATLAB performanc

11、e analysis, finally according to the system with the requirements of PID correction, the performance and the frequency performance of the system in time domain are to meet certain requirements, so as to improve the design of the system.Keywords: position servo system MATLAB simulation PID correction

12、 stabilityXX 师范大学本科生毕业论文1第 一 章 绪 论1.1 课 题 研 究 背 景1.1.1 随动系统现状及历史随 动 系 统 ， 通 常 也 被 称 为 伺 服 系 统 ， 是 一 种 反 馈 控 制 系 统 。 它 是 用 来 控 制 被 控 对象 的 某 种 状 态 ， 使 被 控 对 象 的 输 出 能 自 动 、 连 续 、 精 确 地 复 现 输 入 信 号 变 化 规 律 的一 种 控 制 系 统 ， 其 衡 量 指 标 主 要 有 超 调 量 、 稳 态 误 差 、 峰 值 时 间 等 时 域 指 标 以 及 相 角域 度 、 幅 值 域 度 、 频 带 宽 度

13、 等 频 域 指 标 ， 其 输 入 是 一 种 变 化 规 律 未 知 的 时 间 函 数 。随 动 系 统 中 的 驱 动 电 机 应 该 具 有 响 应 速 度 快 、 定 位 准 确 、 转 动 惯 量 大 等 特 点 ， 这 类 专用 的 电 机 称 为 伺 服 电 机 。 早 在 二 十 世 纪 三 十 年 代 ， 伺 服 机 构 这 个 词 便 进 入 人 们 的 视 线了 。 到 二 十 世 纪 中 期 ， 在 自 动 控 制 理 论 的 发 展 下 随 动 系 统 也 得 到 了 极 大 的 发 展 ， 其 应用 领 域 进 一 步 扩 大 。 近 几 十 年 ， 伺 服 技

14、 术 更 是 取 得 飞 跃 发 展 ， 其 应 用 也 迅 速 扩 展 到 民用 、 工 业 和 军 事 领 域 中 。 在 冶 金 行 业 ， 它 用 于 多 种 冶 金 炉 的 电 极 位 置 控 制 ， 机 器 的 运行 控 制 等 ； 在 运 输 行 业 中 ， 水 路 陆 路 空 中 三 方 的 运 输 工 作 也 都 用 到 了 伺 服 系 统 ， 比如 ， 飞 机 的 驾 驶 ， 电 力 机 车 的 调 速 ， 船 舶 的 操 舵 等 ， 一 定 程 度 上 都 实 现 了 “自 动 化 ”控 制 ； 如 今 ， 军 事 领 域 也 充 分 运 用 到 了 伺 服 系 统 ，

15、比 如 雷 达 天 线 的 自 动 瞄 准 的 跟 踪 控制 ， 导 弹 和 鱼 雷 的 自 动 控 制 等 等 。 另 外 ， 随 着 空 调 、 洗 衣 机 等 各 类 家 用 电 器 在 家 庭 中的 普 及 ， 伺 服 系 统 的 应 用 也 走 入 到 了 我 们 的 日 常 生 活 中 。1.1.2 随动系统的应用随 动 系 统 的 控 制 对 象 通 常 为 角 度 或 机 械 位 置 ， 该 系 统 最 初 用 于 船 舶 的 操 舵 系统 、 火 炮 控 制 以 及 指 挥 仪 中 ， 后 来 慢 慢 推 广 到 众 多 领 域 ， 尤 其 多 见 于 自 动 车 床 、 天

16、线 位 置 的 控 制 还 有 导 弹 和 飞 船 的 制 导 等 。 如 今 随 动 系 统 的 应 用 几 乎 扩 展 到 了 民 用 、 工业 、 军 事 等 各 个 领 域 ， 随 着 家 用 电 器 的 普 及 和 全 自 动 化 ， 它 在 生 活 中 的 应 用 也 越 来越 广 泛 。人 们 应 用 随 动 控 制 系 统 主 要 是 为 了 达 到 下 面 几 个 目 的 ： 用 较 小 的 功 率 指 令 信 号 来 控 制 很 大 功 率 的 负 载 ， 比 如 火 炮 控 制 、 船 舵 控 制 等 。XX 师范大学本科生毕业论文22.在 没 有 机 械 连 接 的 情

17、 况 下 ， 利 用 输 入 轴 控 制 远 处 的 输 出 轴 ， 从 而 实 现 远 距 离的 同 步 传 动 控 制 。3.令 输 出 机 械 位 移 自 动 、 精 确 地 跟 随 电 流 信 号 ， 例 如 记 录 仪 和 指 示 仪 表 等 。 1.2 随 动 系 统 发 展 方 向 及 特 点随 动 控 制 系 统 作 为 自 动 化 系 统 的 一 种 ， 其 研 究 和 应 用 领 域 非 常 广 泛 。 从 早 期 的 模拟 直 流 系 统 ， 到 八 十 年 代 后 期 的 数 字 交 流 系 统 ， 随 动 系 统 大 量 应 用 于 工 业 和 军 事 领 域 。新

18、的 控 制 方 式 和 技 术 不 断 出 现 ， 同 时 各 种 新 算 法 （ 如 ： 最 优 控 制 、 自 适 应 控 制 、 模 糊控 制 、 人 工 智 能 控 制 、 神 经 网 络 等 ） 也 在 不 断 涌 现 。 从 实 现 手 段 上 来 看 ， 它 起 初 只 是用 一 些 硬 件 机 械 ， 直 流 电 机 等 ， 后 来 随 着 计 算 机 技 术 的 发 展 ， 人 们 开 始 由 模 拟 信 号 控制 转 为 数 字 控 制 ， 由 硬 件 机 械 转 为 用 单 片 机 、 PLC 等 实 现 。 总 的 来 说 ， 随 动 系 统 的 发展 方 向 可 概

19、括 为 以 下 这 几 个 方 面 ：(1)全 数 字 化软 件 随 动 控 制 逐 渐 取 代 原 有 的 硬 件 随 动 控 制 ， 以 模 拟 电 子 器 件 为 主 的 控 制 单 元 将全 部 被 新 型 的 采 用 高 速 微 处 理 器 和 专 用 数 字 信 号 处 理 机 （ DSP） 的 随 动 控 制 单 元 全 面代 替 这 样 就 使 得 应 用 现 代 控 制 理 论 的 先 进 算 法 成 为 可 能 ， 同 时 也 实 现 了 系 统 的 全 数 字化 的 随 动 控 制 。(2)专 用 化 和 多 样 化尽 管 市 场 上 仍 存 在 很 多 通 用 化 的

20、伺 服 产 品 ， 但 是 专 门 为 某 些 特 定 场 合 应 用 而 设计 制 造 的 伺 服 系 统 已 经 越 来 越 多 。 随 着 不 同 形 状 、 不 同 粘 接 结 构 、 不 同 性 能 的 磁 性材 料 的 出 现 以 及 分 割 式 铁 芯 结 构 工 艺 的 使 用 ， 已 经 实 现 了 无 刷 永 磁 式 伺 服 电 机 的 大批 、 高 效 、 自 动 化 的 生 产 ， 这 加 快 了 专 业 化 与 多 样 化 的 进 程 。（ 3） 高 度 集 成 化以 前 的 伺 服 系 统 是 应 用 多 个 伺 服 单 元 模 块 构 成 一 个 整 体 来 使

21、用 ， 现 在 新 的 随 动 系统 应 用 的 是 单 一 的 、 高 度 集 成 化 的 、 多 功 能 的 控 制 单 元 模 块 ， 对 于 一 个 控 制 单 元 ， 应用 软 件 设 置 不 同 的 系 统 参 数 ， 就 能 够 得 到 不 同 性 能 的 模 块 ， 这 种 高 度 的 集 成 化 的 设 计很 大 程 度 的 缩 小 了 整 个 控 制 系 统 的 体 积 ， 令 系 统 的 安 装 工 作 以 及 调 试 都 变 得 简 单 了 很XX 师范大学本科生毕业论文3多 。(4) 采 用 新 型 的 电 力 电 子 器 件如 今 随 动 系 统 的 输 出 器 件

22、 越 来 越 多 地 采 用 开 关 频 率 很 高 的 新 型 半 导 体 器 件 ， 比 如功 率 场 效 应 管 (MOSFET)、 大 功 率 的 晶 体 管 (GTR)和 绝 缘 门 极 晶 体 管 (IGPT)等 。 这 些 先进 晶 体 管 等 器 件 的 应 用 使 得 执 行 电 机 的 驱 动 变 得 简 单 ， 大 大 降 低 了 随 动 控 制 单 元 输 出回 路 的 功 率 损 耗 ， 降 低 了 系 统 运 行 过 程 中 的 噪 声 ， 显 著 提 高 了 系 统 在 各 种 不 同 信 号 下的 响 应 速 度 。(5)智 能 化随 着 新 型 数 字 化 随

23、 动 控 制 单 元 的 使 用 与 发 展 ， 智 能 型 产 品 也 越 来 越 多 的 应 用 于 随动 控 制 系 统 ， 这 些 智 能 型 产 品 通 常 都 具 有 记 忆 功 能 ， 系 统 的 所 有 运 行 参 数 都 可 以 通 过软 件 设 置 ， 然 后 被 保 存 在 控 制 单 元 内 部 ， 可 供 我 们 查 阅 与 读 取 ， 必 要 时 在 运 行 途 中 也可 以 通 过 通 信 接 口 由 上 位 计 算 机 对 这 些 参 数 进 行 修 改 ， 另 外 这 些 新 型 元 件 都 具 有 故 障自 诊 断 与 分 析 功 能 ， 若 系 统 出 现

24、 了 故 障 ， 它 们 会 将 故 障 的 类 型 以 及 引 起 故 障 的 可 能 原因 显 示 出 来 ， 便 于 人 们 维 修 和 调 试 。XX 师范大学本科生毕业论文4第 二 章 雷 达 天 线 位 置 随 动 系 统 的 设 计2.1 位 置 随 动 系 统 概 述随 动 系 统 的 共 性 就 是 输 出 量 快 速 而 准 确 地 复 现 给 定 量 。 随 动 系 统 的 另 一 个 名 称“伺 服 系 统 ”也 很 好 的 体 现 了 这 个 共 性 ， 而 位 置 随 动 系 统 的 被 控 量 是 位 置 ， 一 般 用 线位 移 或 角 位 移 表 示 。 当

25、位 置 给 定 量 作 某 种 变 化 时 ， 该 系 统 的 主 要 任 务 就 是 使 输 出 位 移快 速 而 准 确 地 复 现 给 定 量 位 移 。 在 生 产 实 践 中 ， 位 置 随 动 系 统 的 应 用 领 域 非 常 广 泛 。例 如 ， 船 舵 的 自 动 操 纵 控 制 ， 雷 达 天 线 的 自 动 跟 踪 控 制 ， 宇 航 设 备 的 自 动 驾 驶 ， 火 炮方 位 的 自 动 跟 踪 ， 数 控 机 床 的 定 位 控 制 和 加 工 轨 迹 控 制 等 等 。 随 着 机 电 一 体 化 技 术 的发 展 ， 位 置 随 动 系 统 现 已 成 为 工

26、业 、 国 防 和 高 科 技 领 域 中 不 可 缺 少 的 设 备 ， 是 电 力 拖动 自 动 控 制 系 统 的 一 个 重 要 分 支 。随 动 系 统 和 调 速 系 统 一 样 都 是 反 馈 控 制 系 统 ， 通 过 对 系 统 的 输 出 量 和 给 定 量 进 行比 较 ， 组 成 闭 环 控 制 。 位 置 随 动 系 统 不 同 于 调 速 系 统 ， 其 位 置 给 定 是 经 常 变 化 的 ， 是一 个 随 机 变 量 ， 它 要 求 输 出 量 能 够 准 确 的 跟 随 给 定 量 的 变 化 ， 系 统 稳 定 是 前 提 ， 在 保证 稳 定 性 的 情

27、 况 下 ， 输 出 响 应 的 快 速 性 、 灵 活 性 、 准 确 性 是 位 置 随 动 系 统 的 主 要 特 证 ，所 以 位 置 随 动 系 统 必 定 是 一 个 位 置 反 馈 控 制 系 统 。 本 文 我 们 以 雷 达 天 线 位 置 跟 随 系 统为 例 ， 介 绍 系 统 的 工 作 过 程 ， 设 计 原 理 ， 并 对 其 进 行 仿 真 。2.2 雷 达 天 线 位 置 随 动 系 统 的 工 作 原 理2.2.1 系统的基本组成图 21 为 位 置 随 动 系 统 的 实 物 图 ， 用 来 实 现 雷 达 天 线 的 跟 踪 控 制 。XX 师范大学本科生

28、毕业论文5图 2-1 雷达天线位置随动系统实物图这 个 系 统 由 位 置 检 测 器 、 电 压 比 较 放 大 器 、 可 逆 功 率 放 大 器 、 执 行 机 构 等 几个 部 分 组 成 ， 其 原 理 图 如 图 2-2 所 示 ：图 2-2 雷达天线位置随动系统原理图该 随 动 系 统 中 各 部 分 的 元 件 选 择 及 其 功 能 介 绍 ：1、 测 量 元 件 ： 其 只 能 是 检 测 被 控 制 对 象 的 物 理 量 ， 如 果 这 个 物 理 量 是 非 电 量 ， 一般 要 转 换 为 电 量 。 如 电 位 器 、 旋 转 变 压 器 或 自 整 角 机 用

29、于 检 测 角 度 转 换 成 电 压 ； 热 电偶 用 于 检 测 温 度 转 换 成 电 压 ； 测 速 发 电 机 用 于 检 测 电 动 机 的 速 度 转 换 成 电 压 等 。位 置 随 动 系 统 要 控 制 的 量 一 般 是 直 线 位 移 或 角 位 移 , 组 成 位 置 环 时 必 须 通 过 检 测XX 师范大学本科生毕业论文6装 置 将 它 们 转 换 成 一 定 形 式 的 电 量 ， 这 就 需 要 位 移 检 测 装 置 。 这 里 的 位 移 检 测 装 置 我们 选 用 电 位 器 ， 由 电 位 器 RP1 和 RP2 组 成 角 度 检 测 器 ， 其

30、 中 电 位 器 RP1 的 转 轴 与 手轮 相 连 ， 作 为 转 角 给 定 ， 电 位 器 RP2 的 转 轴 通 过 机 械 机 构 与 负 载 部 件 相 连 接 ， 作 为 转角 反 馈 ， 两 个 电 位 器 均 由 同 一 个 直 流 电 源 供 电 ， 这 样 便 实 现 了 将 位 置 直 接 转 换 成 电 量输 出 。（ 2） 放 大 元 件 ： 其 职 能 是 将 偏 差 信 号 进 行 放 大 ， 用 来 推 动 执 行 元 件 去 控 制 被 控 对象 。 可 用 晶 体 管 、 晶 闸 管 等 组 成 的 电 压 放 大 级 和 功 率 放 大 级 将 偏 差

31、 信 号 放 大 。该 系 统 中 我 们 应 用 电 压 比 较 放 大 器 和 可 逆 功 率 放 大 器 ， 电 压 比 较 放 大 器 由 放 大器 1A、 2A 组 成 ， 其 中 放 大 器 1A 仅 起 倒 相 作 用 ， 2A 则 起 电 压 比 较 和 放 大 作 用 ， 其 输出 信 号 作 为 下 一 级 功 率 放 大 器 的 控 制 信 号 ， 并 具 备 鉴 别 电 压 极 性 的 能 力 。 为 了 推 动 随动 系 统 的 执 行 电 动 机 ， 只 有 电 压 放 大 是 不 够 的 ， 还 必 须 有 功 率 放 大 ， 功 率 放 大 由 晶 闸管 或 大

32、 功 率 晶 体 管 组 成 整 流 电 路 ， 由 它 输 出 一 个 足 以 驱 动 电 动 机 SM 的 电 压 。 （ 3） 执 行 元 件 ： 其 职 能 是 直 接 推 动 被 控 对 象 ， 使 其 被 控 量 发 生 变 化 。 用 来 作 为 执行 元 件 的 有 阀 、 电 动 机 等 。 这 个 系 统 中 选 用 永 磁 式 直 流 伺 服 电 动 机 SM 作 为 带 动 负 载运 动 的 执 行 机 构 。 直 流 伺 服 电 动 机 SM 实 物 图 如 图 2-3 所 示图 2-3 直流伺服电动机 SM 实物图XX 师范大学本科生毕业论文7（ 4） 减 速 器

33、： 其 职 能 是 实 现 执 行 元 件 与 负 载 之 间 的 匹 配 。 由 于 执 行 元 件 为 高 转 速 、小 转 矩 的 电 动 机 ， 而 负 载 雷 达 天 线 是 低 转 速 的 ， 所 以 在 电 机 和 负 载 之 间 需 要 引 入 减 速器 ， 以 达 到 两 者 之 间 的 平 衡 。 减 速 器 常 用 一 个 齿 轮 组 。2.2.2 该位置随动系统的工作原理如 果 两 个 电 位 器 RPl 和 RP2 的 转 轴 位 置 相 同 ， 即 给 定 角 1 与 反 馈 角 2 相 等 ，此 时 角 差 = 1 2=0,两 个 电 位 器 的 输 出 电 压

34、U*=U， 所 以 电 压 比 较 放 大 器 的 输出 电 压 Uct=0， 可 逆 功 率 放 大 器 的 输 出 电 压 Ud=0， SM 电 动 机 的 转 速 n=0， 系 统 处 于静 止 状 态 。但 系 统 存 在 惯 性 ， 若 输 入 1（ t） 变 化 ， 输 出 2(t)难 以 立 即 复 现 ， 此 时 2(t) 1（ t） ， 如 当 给 定 角 1 增 大 ， 0， 则 U1U2， Uk0， Udo， 电 动机 转 速 n 0， 经 减 速 器 带 动 雷 达 天 线 转 动 ， 雷 达 天 线 通 过 机 械 机 构 带 动 电 位 器 RP2的 转 轴 ， 使

35、 2 相 应 增 大 。 只 要 2 1， SM 电 动 机 就 一 直 带 动 雷 达 天 线 朝 着 缩 小 偏差 的 方 向 运 动 ， 当 达 到 1= 2， 偏 差 角 =0， Uk=0， Ud=0 时 ， 系 统 才 会 停 止 运动 ， 在 新 的 状 态 重 新 稳 定 下 来 。 当 给 定 角 1 减 小 ， 则 系 统 运 动 方 向 将 和 上 述 情 况 相反 。 显 而 易 见 ， 这 个 系 统 完 全 能 够 实 现 被 控 制 量 2 准 确 跟 踪 给 定 量 1 的 变 化 ，这 种 现 象 就 称 为 随 动 。XX 师范大学本科生毕业论文8第 三 章

36、系 统 的 建 模 与 仿 真3.1 MATLAB 语 言 简 介3.1.1MA 丁 LAB 语言概述MATLAB 是 由 MATrix LABoratory（ 矩 阵 实 验 室 ） 两 词 的 前 三 个 字 母 组 合 而 成 ， 是美 国 MathWorks 公 司 出 品 的 大 型 数 学 计 算 软 件 ， 用 于 算 法 开 发 、 数 据 可 视 化 、 数 据 分析 以 及 数 值 计 算 的 高 级 技 术 计 算 语 言 和 交 互 式 环 境 。 现 在 MATLAB 己 经 成 为 应 用 最广 的 电 子 仿 真 计 算 机 辅 助 设 计 的 软 件 工 具 ，

37、 它 不 仅 仅 是 一 个 “矩 阵 实 验 室 ， 更 是一 种 全 新 的 计 算 机 高 级 程 序 语 言 。 它 能 够 实 现 对 各 种 控 制 系 统 的 仿 真 ， 仿 真 结 果 可 以直 观 的 反 应 控 制 的 效 果 ， 因 此 用 Matlab 对 雷 达 天 线 随 动 控 制 系 统 进 行 仿 真 可 以 检 测系 统 设 计 的 正 确 性 和 实 用 性 。Simulink 是 MATLAB 软 件 的 扩 展 ， 是 一 个 实 现 动 态 系 统 建 模 与 仿 真 的 软 件 包 ， 内部 安 装 有 多 种 基 本 的 系 统 模 块 ， 它

38、们 都 是 按 功 能 分 类 ， 存 在 不 同 文 件 夹 下 ， 我 们 只 要知 道 模 块 的 功 能 及 输 入 输 出 ， 将 它 们 按 顺 序 连 接 起 来 构 成 所 需 系 统 模 型 ， 从 而 进 行 仿真 ， 再 对 结 果 进 行 分 析 就 可 以 了 。 也 是 仿 真 很 方 便 实 用 的 一 个 软 件 。本 文 我 们 的 分 析 与 仿 真 主 要 是 在 COMMAND 窗 口 输 入 程 序 命 令 ， 从 而 得 到 所 要 的 数据 结 果 及 仿 真 图 形 ， 因 为 这 样 得 到 的 响 应 图 形 与 Simulink 得 到 的

39、 仿 真 图 一 致 ， 所 以本 文 不 再 重 复 使 用 此 软 件 仿 真 。3.1.2MATLAB 语言的特点MATLAB 语 言 的 主 要 特 点 有 :(l)功 能 强 大 ， 应 用 范 围 广 。 几 乎 各 个 领 域 科 学 研 究 与 工 程 技 术 应 用 需 要 的 计 算 ，均 可 通 过 MATLAB 软 件 来 解 决 ;(2) 语 言 简 单 ， 内 涵 丰 富 ， 编 程 效 率 高 。(3)界 面 简 单 ， 用 户 使 用 方 便 。 可 以 把 编 辑 、 编 译 、 连 接 、 执 行 、 调 试 等 多 个 步 骤融 为 一 体 ;(4)具 有

40、 强 大 的 图 形 功 能 。 提 供 了 许 多 高 级 图 形 函 数 和 绘 图 命 令 ， 可 以 绘 制 出 多 种图 形 ;XX 师范大学本科生毕业论文9(5) 扩 充 能 力 强 .3.2 系 统 数 学 传 函 的 建 模简化的系统框图如图 3-1 所示图 3-1 简化的系统框图1、 测 量 元 件 的 传 函电 位 器 作 为 角 位 移 传 感 器 ， 将 角 位 移 转 换 成 模 拟 电 压 信 号 的 幅 值 。 电 位 器 输 出 的是 给 定 角 度 与 反 馈 角 度 的 差 值 转 换 成 电 压 信 号 ： 式 (1-1)(t) ()*12)utK这 里

41、。 在 零 初 始 条 件 下 ， 对 上 式 求 其 拉 普 拉 斯 变 换 ， 可 求 得 电()()()12ttt位 器 的 传 递 函 数 。 则 其 传 递 函 数 如 下 式 所 示 ：式 (1-2) ()=()/()=2、 放 大 环 节 的 传 函电 压 放 大 器 与 功 率 放 大 器 整 体 看 做 一 个 放 大 环 节 ， 由 于 运 算 放 大 器 具 有 输 入 阻 抗很 大 ， 输 出 阻 抗 小 的 特 点 ， 在 工 程 上 被 广 泛 用 来 作 信 号 放 大 器 。 其 输 出 电 压 与 输 入 电压 成 正 比 ， 传 递 函 数 为 ： 式(1-3)()/()GsUdsKa式 中 参 数 Ud 为 功 率 放 大 器 输 出 电 压 ， U 为 电 压 放 大 器 输 入 电 压 ， Ka 为 放 大 倍数 。3、 伺 服 电 动 机 的 传 函列 出 其 工 作 方 程 如 下 ：式 (1-4) 2()/2+()/=()根 据 式 （ 1-4） ， 对 两 边 进 行 拉 普 拉 斯 变 换 ， 可 以 求 得 其 传 递 函 数 。 则 两 台 伺 服电 动 机 的 传 递 函 数 为 ：