1实验目的
（1）了解位置伺服系统的组成及工作原理； （2）了解不同控制策略对系统性能的影响。

2实验设备
（1）硬件：PC 机。

（2）工具软件：操作系统：Windows 7；软件工具：MATLAB R2014a 及simulink 。

3工作原理及实验要求
3.1实验原理
图3.1是一个以直流电机为驱动元件的位置伺服系统的方块图，Gc （s ）为控制器，u f 为与作用于转动轴上的摩擦力矩相对应的电压值。

对于位置伺服控制系统，控制器的输出并不是直接驱动电机，而是经过D/A 转换及功率放大后驱动电机带动负载运动。

控制的目标，是使由位置传感器及测量装置给出位置反馈信号跟踪指令信号。

实际的控制对象中包含D/A 、功率放大器、电机、负载、位置传感器及测量装置等环节，在本实验项目中，将各环节的模型适当简化，得到广义被控对象为如下形式：
Bs
Js G P +=
2
1
(1.1)
其中J 为等效转动惯量，B 为等效阻尼系数。

图3.1位置伺服系统方块图
3.2实验要求
（1）采用PID 控制器对系统进行仿真，求出负载转角的响应曲线。

要求考虑摩
擦力矩、控制器输出饱和等非线性因素的影响。

（2）采用模糊控制算法对系统进行仿真，求出求出负载转角的响应曲线，并与
PID 控制的响应曲线进行比较。

仿真时要求考虑摩擦力矩、控制器输出饱
和等非线性因素的影响。

4实验内容及步骤
4.1PD 控制位置伺服系统仿真 （1）定义参数：
系统仿真图为图4.1，信号发生器选择幅值为5频率1的正弦信号，在本次实验中Bs
Js G P +=
2
1
，参数J 取0.05，参数B 取0.5。

摩擦力矩•
-=θJ u u f ,u 为控制输出，J 为等效转动惯量，•
θ转速。

非线性饱和器上下限非别为10~-10。

图4.1 PD 控制位置伺服系统
（2）PD 参数整定
本次仿真采用试凑法确定PID 控制器参数，试凑法就是根据控制器各
参数对系统性能的影响程度,边观察系统的运行,边修改参数,直到满意为止。

一般情况下,增大比例系数KP 会加快系统的响应速度,有利于减少静差。

但过大的比例系数会使系统有较大的超调,并产生振荡使稳定性变差。

减小积分系数KI 将减少积分作用,有利于减少超调使系统稳定,但系统消除静差的速度慢。

增加微分系数KD 有利于加快系统的响应,是超调减少,稳定性增加,但对干扰的抑制能力会减弱。

在试凑时,一般可根据以上参数
对控制过程的影响趋势,对参数实行先比例、后积分、再微分的步骤进行整定。

本次实验中比例系数Kp 取35,Kv 取9. (3)仿真结果
Simulink 仿真结果如图4.2，将仿真图导入matlab 工作空间，在命令窗口
作出仿真结果图，如图4.3。

通过仿真图可以看出PD 控制器控制效果比较明显，实际转速能较好的的跟踪输入曲线，但是跟踪时间有滞后。

图4.3 PD 控制转速响应曲线
图4.4 PD 控制转速响应曲线跟踪
4.2模糊控制位置伺服系统仿真
-5-4-3-2-1012345仿真时间（s ）
PD 控制转速跟踪曲线
（1）模糊控制器设计
根据系统需要确定模糊控制器输入变量为偏差E和偏差变量EC，输出变量为U。

E和U的论域为[-10，10]，EC的论域为[-1，1],隶属度函数均为高斯函数，设计分别如图4.5，4.6,4.7。

图4.5 输入变量E
图4.6 输入变量EC
图4.7 输出变量U
通过模糊规则编辑器设计模糊规则，如图4.8.利用面积质心法去模糊化编辑好模糊控制器（FUZZY.fis）导入MATLAB工作空间。

图4.8模糊规则编辑器
（2）模糊控制位置伺服系统
该节对象参数与上节参数一致，利用simulink画出仿真图，如图4.9，通过试凑法得出量化因子为60，0.1,2。

图4.9模糊控制位置伺服系统
（3）仿真结果
Simulink仿真结果如图4.10，matlab仿真结果如图4.11，从图4.11中可看出模糊控制转速曲线几乎与输入曲线一致，拟合效果非常好。

图4.10simulin 仿真结果图
图4.11模糊控制转速跟踪曲线
5.实验结果分析
本实验主要实现对位置控制问题，首先使用常规的PD 控制，PD
控制算法
2
4
6
8101214
16
18
20-5-4-3-2-1012345仿真时间（s ）
模糊控制转速跟踪曲线
简单，可靠性高，容易实现，有效的解决由于负载等外部干扰带来的扰动误差。

由于PD控制的精度有时不能满足实际要求，因此采用更加先进的控制算法，本次实验采用模糊控制算法，模糊算法不但简单，而且易用于实际工程。

从实验仿真结果可以看出，误差跟随精度相比PD控制大大减小。