1、 毕业设计/论文开 题 报 告课 题 名 称 伺服控制位置调节器设计与参数整定类 别 毕业设计 系 别 专 业 班 姓 名 评 分 指 导 教 师 毕业设计开题报告撰写要求1. 开题报告主要内容1）课题设计的目的和意义；2）课题设计的主要内容；3）设计方案；4）实施计划。 5）主要参考文献：不少于 5 篇，其中外文文献不少于 1 篇。2撰写开题报告时，所选课题的课题名称也不得多于 25 个汉字，课题设计份量要适当， 设计中必须是自己的设计内容。3. 开题报告的字数不少于 2000 字（艺术类专业不少于 1000 字），格式按华中科技大学武昌分校本科毕业设计/论文撰写规范的要求撰写。4. 指导教
2、师和责任单位必须审查签字。5开题报告单独装订，本附件为封面，后续表格请从网上下载并用 A4纸打印后填写。6. 此开题报告适用于全校各专业，部分特殊专业需要变更的，由所在系在基础上提出调整方案，报学校审批后执行。毕业设计开题报告学 生 姓 名 学 号 专业班级系别 指导教师 职称课题名称 伺服控制位置调节器设计与参数整定1 课题设计的目的和意义位置控制系统也可称之为位置伺服系统。以快速，精确为主要目标的位置伺服系统，是现代高科技各领域中不可缺少，应用十分广泛的一种自动控制系统。随着现代科学技术的飞速发展，特别是微电子，计算机，电力半导体和电机制造技术取得的巨大技术进步，使得位置伺服这样这样一种扮
3、演重要支柱技术角色的自动控制系统，在许多高科技领域得到非常广泛的应用，如激光加工，机器人，数控机床、大规模集成电路制造，办公自动化设备，雷达和各种军用武器随动系统，以及柔性制造系统（FMSFlexible Manufacturing System）等等。位置控制系统的控制性能，对这些高科技的发展正起着越来越关键的作用。采用伺服电动机的闭环伺服系统主要由执行元件（如交直流伺服电动机、液压马达等） 、反馈检测元件、比较环节、驱动线路和机械运动机构五部分组成。其中，比较环节的作用是将指令信号和反馈信号进行比较，两者的差值作为伺服系统的跟随误差，经驱动线路控制执行元件带动机械位移，直到跟随误差为零。位
4、置伺服系统是一种与普通电动机调速系统有着紧密联系但又有明显不同的的系统。一般说来，位置伺服系统是以足够的位置控制精度（定位精度） 、位置跟踪精度（位置跟踪误差）和足够快的跟踪速度来作为它的主要控制目标。系统运行时要求能以一定的精度随时跟踪指令的变化，因而系统中伺服电动机的运行速度常常是不断变化的。故伺服系统在跟踪性能方面的要求一般要比普通调速系统高而且严格得多。随着微处理器及控制技术的介入和完善，由硬件组成的比较环节将由软件实现的位置控制环取代，即由模拟式向数字化方向过渡，以适应更高速度与精度的需要，而且，系统中的电流环、速度环和位置环的反馈控制全部数字化，全部伺服的控制模型和动态补偿均由高速
5、微处理器及其控制软件进行实时处理，采样周期只有零点几毫秒，采用前馈与反馈结合的复合控制可以实现高精度和高速度，近年来又出现了学习控制这一种智能型的伺服控制，在周期性的高速度、高精度跟踪中，几乎可以消除第一个周期意外的全部伺服误差，数字化的软件伺服是当今的发展趋势。2 课题设计的主要内容伺 服 电 动 机 又 称 执 行 电 动 机 ， 在 自 动 控 制 系 统 中 ， 用 作 执 行 元 件 ， 把 所 收 到的 电 信 号 转 换 成 电 动 机 轴 上 的 角 位 移 或 角 速 度 输 出 。 分 为 直 流 和 交 流 伺 服 电 动 机两 大 类 ， 其 主 要 特 点 是 ， 当
6、 信 号 电 压 为 零 时 无 自 转 现 象 ， 转 速 随 着 转 矩 的 增 加 而匀 速 下 降 。本次毕业设计首先对位置控制系统做了简单的介绍，然后分别对位置控制系统的各个控制环节建立数学模型，并在 Matlab 中进行仿真和结果分析，最后对整个多闭环位置控制系统进行综合仿真，针对仿真结果作系统分析，并根据系统性能要求对系统作了相应的改进。多闭环运动控制系统是由电流环、速度环和位置环组成的，每个环对运动控制系统都起着不同的作用，我们通过对三个环的设计、仿真以及对分析各环参数对位置系统动态和稳态的影响，可以很直观地看出每个环对系统的具体作用，并能根据系统的要求对设计环的参数进行改进，
7、直到满足要求为止，非常方便。3 设计方案3.1 位置伺服系统的结构本 系 统 属于多环控制系统，采用由内向外，一环包围一环的系统结构。每一闭环都设有本环的调节器，构成一个完整的闭环系统。图 1 位置伺服系统图 1 所示为位置伺服系统结构。图中，旋转式电位器与电动机同轴，电位器的输出电压 V 与位置成线性关系。位置传感器是系统必不可少的环节。位置调节器将位置给定信号 Vg与位置反馈信号 V 之差值通过调节器进行动态校正，然后送至速率调节器、电流调节器，即经过外环、中环、内环三个闭环调节器的校正再由模拟功率接口驱动伺服电动机，实现位置伺服控制。在这个系统中，位置调节器的作用是使位置给定 Vg与 V
8、 的偏差向最小变化。速度反馈调节器的主要作用是阻尼位置调节过程的超调。电流调节器的作用是减小力矩波动，改善动态响应的快速性，并对最大电流进行限定等。滤波电路的作用是滤除位置或速率传感器输出信号中的谐波信号。以上各环节参数的设计和整定应根据具体的负载性质（力矩和惯量的大小） ，以满足位置伺服精度的要求。3.2 电流环的设计电流反馈内环的控制结构图如下图所示：A C R*qSI1cfTPWMK1aTtK1sJe1cfS+-+-mL+-图 2 电流反馈内环的动态结构图在上面结构图中： ACR 为电流控制器；K PWM 为 PWM 逆变器放大系数；T PWM 为 PWM 逆变器开关延时时间；Ka =1
9、/Ra；Ta 为电气时间常数；Kt 为力矩常数；Ke 为反电势常数；J 为转动惯量；K cf 为电流反馈增益；T cf 电流反馈滤波时间常数。3.3 速度环的设计速度调节系统的动态结构图如下图所示：A S R*1sf2iKcfTRaeTmS1sf+-+ s-LI图 3 速度环动态结构图3.4 位置环的设计位置环的动态结构图如图 4 所示：图 4 位置环动态结构图3.5 综合仿真分析对整个多闭环位置控制系统进行综合仿真，设定参数。在 Matlab 中进行仿真和结果分析。根据控制具体要求，对参数进行更改。4 实施计划（1） 第 14 周 查阅资料，翻译外文资料，撰写开题报告。（2） 第 4 周 开
10、题报告答辩。（3） 第 510 周 进行毕业设计的理论研究、方案设计、软硬件设计、实验测试等。（4） 第 11 周 对前期理论工作及软硬件设计做初步检查。（5） 第 1113 周 撰写毕业设计论文并完成初槁。（6） 第 1415 周 送指导老师检查，批改。后修改论文并定稿。（7） 第 15 周 毕业设计答辩资格审查。（8） 第 16 周 毕业设计答辩，最终完成毕业设计。参考文献1 秦忆.现代交流伺服系统.武汉：华中理工大学出版社,1995.12 罗飞,郗晓田,文小玲,许玉格.电力拖动与运动控制系统.北京：化学工业出版社,2007.23 陈伯时.电力拖动自动控制系统：运动控制系统.北京：机械工业
11、出版社，2009.94 吴天明, 赵新力, 刘建存.MATLAB 电力系统设计与分析.北京：国防工业出版社，2010.75 程鹏.自动控制原理.北京：高等教育出版社.2003.86 许建国电机与控制武汉：武汉测绘科技大学出版社，19987 孙鹤旭交流步进传动系统北京：机械工业出版社，19968 Binns K.J,et al.High-field self-starting Permanent-mangnet SynchronousMotor IEE PROC.Vol.128.Pt.B.No.3 MAY 19819 S J Yang.Low-noise Electrical Motors.Clarendon Press Oxford，198110 S.Williamson, and A.C. smith.Equivalent circuits for cage induction motorswith inter-bar currents, proc.IEE B-Electrical power Applications. Vol.149 No.3, pp.173-183, 2002指导教师意见指导教师签字：年 月 日教研室审查意见：教研室负责人签字：年 月 日系审查意见：系主任签字：（系 公 章）年 月 日（此表由学生填写，指导教师、教研室、系签署意见）
