四川师范大学本科毕业设计伺服系统的设计与仿真学生姓名叶峻嘉院系名称工学院专业名称电子工程及其自动化班级2008 级 2 班学号**********指导教师杨楠完成时间2012年 5 月 15 日伺服系统的设计与仿真姓名：叶峻嘉指导教师：杨楠内容摘要：伺服广义上是指用来控制被控对象的某种状态或某个过程，使其输出量能自动地、连续地、精确地复现或跟踪输入量的变化规律。
其控制行为的主要特征表现为输出“服从”输入，输出“跟随”输入（为此伺服系统也叫做随动系统）。
本设计选择以自整角机为检测元件的伺服系统为具体研究对象。
系统包括以下几个环节：自整角机、相敏整流器、可逆功率放大器、执行机构及减速器。
基于上述模型，本文通过具体实例分析了系统的稳定性、动态性能，并对系统的误差进行了简单分析，指出各种误差来源并写出具体表达式和数学关系，并针对性地提出了有效校正方案并采用串联校正装置进行仿真分析，结果表明校正后的系统总体工作稳定可靠，指标满足设计要求。
关键词：MATLAB 自整角机伺服系统动态性能仿真分析Design and simulation of the servo systemAbstract：Servo broadly refers to the variation used to control the controlled object in a state or a process, so that output can automatically,continuously and accurately reproduce or track the variation of the input.The main features of the control behavior for the output "obey" input and output follow theinput (this servo system is also called servo systems).This design choice selsyn for the detection of components for the specific object of study to servo system. The system consists of the following links: synchro, the phase-sensitive rectifier, reversible power amplifier, implementing agencies and reducer. Based on the above model, through concrete examples and analysis ofsystem stability,dynamic performance, and system errors, a simple analysis, pointing outthe various sources of error and write specific expression and mathematical relationships, and puts forward effective correction programs and using the regulatorto simulate and analyze the results show that the overall system stable and reliableindicators to meet the design requirements.Keywords: MATLAB Synchro Servo System Dynamic Correction SimulationAnalysis目录引言 (1)1 位置伺服系统简介 (3)1.1什么是位置伺服系统 (3)1.2位置伺服系统的发展状况 (4)2 自整角机 (5)2.1自整角机的结构图 (5)2.2自整角机的工作原理 (6)2.3自整角机的应用 (7)3 系统模型的建立 (8)3.1伺服系统的组成 (8)3.2伺服系统的数学模型 (8)3.3伺服系统的方框图 (10)4 伺服系统的分析 (11)4.1自整角机位置伺服系统的稳态误差分析 (11)4.1.1检测误差 (11)4.1.2原理误差（系统误差） (11)4.1.3扰动误差 (12)4.2 分析实例 (12)4.2.1 稳定性分析 (14)4.2.2动态性能分析 (15)4.2.3稳态误差分析 (15)4.3对系统进行MATLAB仿真 (16)5 伺服系统的超前校正 (18)5.1校正网络设计 (18)5.2 超前校正的设计方法 (19)5.3校正后的系统进行matlab分析 (21)5.4比较校正前后各方面性能 (23)5.4.1频域分析 (23)5.4.2时域分析 (23)结论 (24)致谢 (25)参考文献 (26)引言设计的主要工作是了解并掌握位置伺服系统基本概况，综合所学专业知识，选择以自整角机作为检测元件，设计自整角机伺服系统，并对系统进行稳定性分析、误差分析和动态校正，在MATLAB环境下对系统进行仿真。
伺服控制技术是自动化学科中与产业部门联系最紧密、服务最广泛的一个分支。
世界上第一个伺服控制系统由美国麻省理工学院辐射实验室(林肯实验室的前身)于1944年研制成功，这就是火炮自动跟踪目标的伺服系统。
自从第二次世界大战期间雷达和火炮伺服系统出现以来，在半个多世纪中，伺服控制技术及其系统在工业、农业、和国防等各个领域都得到了广泛的应用，伺服控制经历了发电机一电动机系统、交磁电机扩大机控制、磁放大器控制、晶闸管控制、集成电路控制、计算机控制的发展过程。
特别是进入二十世纪九十年代以来，随着计算机技术，特别是微控制芯片技术的日益成熟，使得长期以来建筑在现代控制理论或其他一些复杂算法基础上的控制原理得以快速在线计算及进行优化处理，从而把许多过去认为只能在理论上成立而在实际中无法应用的控制原理实用化。
另外，随着电力电子技术的发展，使得可控的大功率半导体器件无论是在电压及电流等级，还是在开关速度和对驱动电路的要求上都有了长足的发展。
位置伺服系统是应用非常广泛的一类系统，主要实现执行机构对位置指令的准确跟踪，被控制量一般是负载的空间位移，当位置指令随机变化时，系统能使被控制量准确无误地跟随。
随着计算机与微电子技术的发展，人们越来越多地采用数学模型在计算机上进行仿真实验研究，即计算机辅助设计CAD技术。
控制系统是CAD技术在自动控制理论、自动控制系统分析与设计方面的应用分支。
CAD技术为控制系统的分析与设计开辟了广阔天地，它使得原来人们认为难以应用的设计方法成为可能。
作为控制系统技术中的“核心”内容，数字仿真软件也不断地推陈出新。
在人们利用数字计算机进行仿真实验的初级阶段，所有问题如微分方程求解、矩阵运算、绘图等都是用高级算法语言(如 BASIC、FORTRAN、C等)来编写。
往往是几百条语句仅为解决一个“矩阵求逆”一类的基础问题，使得人们大量的精力不是放在研究“系统问题”如何，而过多研究软件编制，后来，在此基础上，形成了一些将某些数值计算和分析程序以“子程序”形式集中起来的应用“软件包”，来方便程序编制时调用，但仍旧存在着使用不便、调试繁琐、专业性要求过强、可信度低等问题。
80年代以来，由美国Mathworks公司推出的交互式MATLAB语言，和后来由该公司推出的SIMULINK模型化图形组态软件一起，以它独特的构思和卓越的性能为控制理论界所重视，成为当今最具影响力的控制系统CAD软件。
MATLAB是由美国clever moler博士开发的名为MATrix LABoratory的集命令、翻译、科学计算于体的交互式软件系统。
经过不断的完善，MATLAB已经发展成为适合多学科、多种工作平台的功能强劲的大型软件。
它利用其丰富的函数资源，使编程人员从繁琐的程序代码中解放出来。
1 位置伺服系统简介1.1什么是位置伺服系统定义：位置伺服是指输出量的位移随位置给定输入量而变化。
在位置伺服系统中，一般执行电动机常选用伺服电动机，所以也称位置随动控制系统。
位置伺服系统是用来控制被控对象的某种状态，使其能自动地、连续地、精确地复现输入信号的变化规律，通常是闭环控制系统。
位置伺服系统是狭义的随动系统，从广义来说随动系统的输出量不一定是位置，也可以是其它的量，例如转速、电流双闭环调速系统中的电流环实际上可看成是一个电流随动系统，采用多电机拖动的多轴纺织机和造纸机可认为是速度的同步随动系统等。
采用不同的分类方法，可以得到不同的位置伺服系统：（1）按控制原理（或方式）不同，表示的方式有闭环控制系统和开环-闭环控制系统。
（2）按控制量性质不同，有位移、速度、力和力矩等伺服系统形式。
（3）按系统组成元件的性质不同，有电气伺服系统、液压伺服系统、电气-液压伺服系统、电气-气动伺服系统。
（4）按执行元件不同，分为步进电机随动形式、直流电机随动形式和交流电机随动形式。
举例说明：军事工业中自动火炮跟踪雷达天线或跟踪电子望远镜的目标控制，陀螺仪的惯性导航控制，飞行器及火箭的飞行姿态控制；冶金工业中轧钢机轧辊压下装置的自动控制，按给定轨迹切割金属的火焰喷头的控制；仪器仪表工业中函数记录仪的控制以及机器人的自动控制等。
位置伺服系统是应用非常广泛的一类系统，主要实现执行机构对位置指令的准确跟踪，被控制量一般是负载的空间位移，当位置指令随机变化时，系统能使被控制量准确无误地跟随。
位置伺服系统的原理图，在系统中位置调节器为校正装置，其作用是保证系统的稳定及动态品质。
常用的校正方式有串、并联校正。
典型模拟式伺服系统原理框图，如图1所示。
图1 典型模拟式伺服系统原理框图1.2位置伺服系统的发展状况位置伺服系统是自动控制系统的一个分支，又称位置随动系统。
“伺服”（servo）一词源于拉丁语，其含义为“奴隶”。
一个伺服系统是利用负反馈原理引入的一个控制行为，是输出辐辏与输入的一类系统。
它是伴随电的应用而发展起来的，最早出现于20世纪初。
1934年第一次出了伺服机（servomechanism）这个词，随着自动控制论的发展，到20世纪中期，位置伺服系统的理论与实践均趋于成熟，并得到广泛应用。
近几十年来在新技术革命的推动下，特别是伴随着微电子技术和计算机技术的飞速进步，位置伺服系统技术也得到了快速的发展，它的应用几乎遍布社会的各个领域。
本设计选择自整角机为检测元件的伺服系统为具体研究对象。