中文摘要：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,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。
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。
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，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：⒈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。
2.在没有机械连接的情况下，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多。
(4) 采用新型的电力电子器件如今随动系统的输出器件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。
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2—1为位置随动系统的实物图，用来实现雷达天线的跟踪控制。
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（4）减速器：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θ1与反馈角θ2相等，此时角差Δθ=θ1－θ2=0,两个电位器的输出电压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θ1（t）变化，输出θ2(t)难以立即复现，此时θ2(t)≠θ1（t），如当给定角θ1 增大，Δθ>0，则U1>U2，Uk>0，Ud>o，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θ2相应增大。
只要θ2<θ1，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θ1=θ2，偏差角Δθ=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θ1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θ2准确跟踪给定量θ1 的变化，这种现象就称为随动。
第三章系统的建模与仿真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，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。