【正文】 若干元件和部件組成， 是 具有功率放大作用的一種自動控制系統(tǒng) 。 在這種系統(tǒng)中 ， 輸出量一般是機械量 ， 例如位移速度或者加速度等等 。 反饋裝置將輸出量變換成與輸入量相同的信號 ， 然后進行比較 ， 得出偏差 。 系統(tǒng)是按照偏差的性質(zhì)進行控制的 ， 控制的結(jié)果 ， 是減少或消除偏差 ， 使系統(tǒng)的輸出量準確地跟蹤 （ 或復現(xiàn) ） 輸入量的變 。 因為隨動系統(tǒng)輸出的為機械量，所以我們就用機械軸的運動形式來表示它的輸出 。我們稱機械軸為輸出軸，一般情況下，輸出軸在帶動相當大的機械負荷時運動。當隨動系統(tǒng)中的被控量為機械位置的時候，我們把它叫做伺服系統(tǒng)。 位置隨動系統(tǒng)的應(yīng)用例子 ， 如 ： （ 1） 導彈發(fā)射 架 控制系統(tǒng) ； （ 2） 冶金工業(yè)中軋剛機壓下裝置以及其它輔助設(shè)備的控制 ； （ 3） 儀表工業(yè)中各種記錄儀的筆架控制 ； （ 4） 機械加工過程中機床的定位控制和加工軌跡控制； （ 5） 制造大規(guī)模集成電路所需的制圖機、機械手的動作控制和分布重復照相機等 也都是位置隨動系統(tǒng)的具體應(yīng)用 。 系統(tǒng)仿真 系統(tǒng)仿真 （ system simulation） 就是根據(jù)系統(tǒng)分析的目的，在分析系統(tǒng)各要素性河北師范大學本科生畢業(yè)論文 2 質(zhì) 、 相互關(guān)系的基礎(chǔ)上，建立能描述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或行為過程 并 且具有一定邏輯關(guān)系或數(shù)量關(guān)系的仿真模型， 并借助于專家經(jīng)驗知識、統(tǒng)計數(shù)據(jù)和信息資料對實驗結(jié)果進行分析研究 ，以獲得所需的各種信息 ，以便做出 正確決 。 所謂的仿真就是建立系統(tǒng)模型，并在此基礎(chǔ)上不斷實驗和研究，探索出我們設(shè)計之中的系統(tǒng)。通過它可以將系統(tǒng)的發(fā)展過程等更加真切的反應(yīng)出來。 系統(tǒng)仿真技術(shù)是從 50 年代誕生的。近三十年來，隨著計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，出現(xiàn)了許多出色的計算機應(yīng)用軟件，還有專用的仿真 語言。半個多世紀 以 來，現(xiàn)代建模與仿真技術(shù) ， 在各類應(yīng)用 、需求的牽引及有關(guān)學科技術(shù)的推動下，已經(jīng)發(fā)展形成了綜合性比較強的 專業(yè)技術(shù)體系。在新的世紀 里 ，建模與仿真技術(shù)正向現(xiàn)代化 、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化、智能化及 協(xié)同化方向發(fā)展。 由于仿真給社會帶來了巨大的利益，因此它可以得到更好的發(fā)展。 系統(tǒng)仿真的作用 大致可以分為： (1)仿真技術(shù)可以為比較復雜的隨機性的問題提出其所需要的重要信息。其實，仿真就是實驗，通過仿真可以搜集很多重要信息。 (2)如果某些被控對象實在很難建立其模型，那么可以嘗試用仿真模型來應(yīng)對預測、分析等一系列的問 題。 (3)仿真的作用很大，能夠?qū)⒈容^復雜的系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為很多個子系統(tǒng)，分別對其進行分析。 (4)仿真除了有上述的功能外，還可以啟發(fā)人的大腦，以產(chǎn)生不同的想法，另外，還可以讓人發(fā)現(xiàn)原系統(tǒng)中存在的重大問題，以找出解決的方法。 系統(tǒng)仿真 最初應(yīng)用于自動化領(lǐng)域。在工程實踐中， 為了 能 設(shè)計出一個品質(zhì)優(yōu)良的自動化系統(tǒng)，首先要對系統(tǒng)進行分析與試驗， 然后選擇最佳參數(shù)，設(shè)計出最合理的系統(tǒng)方案。仿真模型可以在系統(tǒng)運行之前提供運行之后有可能產(chǎn)生的問題，這就為用戶提供了很大的方便，可以及時對計劃做出修改。仿真不僅可以使實驗過程更加穩(wěn)定，另外還可以大幅度減少成本，這是它的優(yōu)勢之所在。所以，隨著科學技術(shù)的不斷進步，仿真也日益完善，它成為解決控制系統(tǒng)的分析、研究等極其有效的方法。 河北師范大學本科生畢業(yè)論文 3 MATLAB 仿真軟件 在科學研究和工程計算領(lǐng)域經(jīng)常會遇到一些非常復雜的計算問題，利用計算器或手工計算是無法實現(xiàn)的，只能借助 計算機編程來實現(xiàn)， MATLAB 正是解決這樣復雜計算問題的強大的科學計算軟件。 MATLAB 是美國研發(fā)的，它可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的計算和處理等功能，是特意為科學研究而研發(fā)出來的較大型的交互式的軟件。 MATLAB 使用起來非常方便，它之所以在很多領(lǐng) 域都有廣泛的應(yīng)用，主要是因為它有以下優(yōu)點： （ 1） 數(shù)值運算功能強。 在 MATLAB 環(huán)境中，有超過 500 種數(shù)學、統(tǒng)計、科學及工程方面的函數(shù)可使用，函數(shù)的標識自然，使得問題和解答像數(shù)學 算式一樣簡單明了，讓使用者可以將精力用于 解題方面，而不是浪費在電腦操作上。 （ 2） 先進的資料視覺化功能。 MATLAB 具有強有力的二維、三維圖形工具。 MATLAB 的物件導向圖形架構(gòu)讓使用者可以執(zhí)行視覺數(shù)據(jù)分析，并制作高品質(zhì)的圖形，以完成圖文并茂的文章。 （ 3） 高階但簡單的程序環(huán)境。 做為一種直譯的程序語言， MATLAB 容許使用者在短時間內(nèi)寫完程序 ，所花的時間約為用 C 語言的幾分之一，而且不需要編譯及連接即能執(zhí)行，同時包含了更豐富、易用的內(nèi)建功能。 （ 4） 開放及可延伸的 架構(gòu)。 MATLAB 的 大多數(shù)核心文件和工具箱文件都是開放的，容許使用者接觸大多數(shù)文件的源代碼，還可以更改現(xiàn)有函數(shù)，甚至加入自己的函數(shù)使 MATLAB 成為使用者所需要的環(huán)境。 （ 5） 豐富的程式工具箱。 MATLAB 的工具箱提供了使用者在特別應(yīng)用領(lǐng)域所需的許多函數(shù)?，F(xiàn)有工具箱包括信號處理、模擬分析、控制系統(tǒng)、即時控制等。 河北師范大學本科生畢業(yè)論文 4 MATLAB 的 Simulink 就是 Math works 公司開發(fā)的仿真工具之一。用 MATLAB 來調(diào)試及確定控制系統(tǒng)的參數(shù)，可以提高系統(tǒng)的性能，減少設(shè)計系統(tǒng)過程中反復修改的時間。 因此用 MATLAB 進行有效的輔助分析是非常 有 必要 。 本課題研究任務(wù) 在以往對某一控制系統(tǒng)進行分析的過程中，如果需要研究該系統(tǒng)的 階躍 輸入信號響應(yīng)，往往需要編寫一些數(shù)值計算程序 ，將已經(jīng)求得的系統(tǒng)模型輸入計算機，通過計算機的運行獲得階躍響應(yīng)的輸出數(shù)據(jù)，然后再編寫一個繪圖程序，將數(shù)據(jù)繪制成可供工程分析的曲線圖形。因此 ， 整個分析過程不僅十分煩瑣，而且還經(jīng)常會由于疏忽大意而得不到正確的結(jié)果。 MATLAB 的出現(xiàn)解決了實際工程中這一復雜的問題。利用 MATLAB 的工具箱和Simulink，可以實現(xiàn)對控制系統(tǒng)的仿真、分析等，還可以使分析變得更加簡單，更加精確，從而也大幅度提高了工作效率。 所以本課題的研究任務(wù)就是通過 MATLAB 中的工具箱和 Simulink 組件，對隨動系統(tǒng)進行結(jié)構(gòu)分析、建立數(shù)學模型、編程及運行仿真，獲得反映該系統(tǒng)性能的曲線，并針對結(jié)果進行比較、分析及研究。 河北師范大學本科生畢業(yè)論文 5 第 2 章 系統(tǒng)的構(gòu)成及原理 隨動系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)原理 隨動系統(tǒng)是輸出量以一定精度復現(xiàn)輸入量變化的自動控制系統(tǒng) 。它作為閉環(huán)自動控制系統(tǒng) , 在對生產(chǎn)過程和運動對象的控制中 , 以及在定位、瞄準、跟蹤、信號傳遞和接收等裝置中都占有顯著的地位 , 現(xiàn)已成為各種自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成部分。本文研究的是位置隨動系 。 位置隨動系統(tǒng)是一種位置反饋控制系統(tǒng)。因此，一定具有位置指令和位置反饋的檢測裝置，通過位置指令裝置，將希望的位移轉(zhuǎn)換成具有一定精度的電量，與給定指令進行比較，把比較得到的偏差信號放大以后，控制執(zhí)行電機向消除偏差的方向旋轉(zhuǎn)，直到達到一定的精度為止。這樣，被控制機械的實際位置就能跟隨指令 的 變化，構(gòu) 成一 個位置隨動系統(tǒng)。下面介紹一個位置隨動系統(tǒng)的一般工作過程。 其 原理框圖 可 描述如 圖 21 所示。 測量元件小信號放大器功率放大器執(zhí)行電機 減速器 對象e ( t )+X ( t )Y ( t ) 圖 21 位置 隨動系統(tǒng) 框圖 下面介紹一下位置隨動系統(tǒng)的工作原理 ： 因為系統(tǒng)存在慣性，當輸入 X（ t）變化時，輸出 Y(t)難以立即復現(xiàn)，此時 Y(t)≠ X（ t），即： e(t)=Y(t)X（ t）≠ 0，測量元件將偏差 e(t)轉(zhuǎn)換成電壓輸出 —— 經(jīng)小信號放大器放大 —— 功率放大器 —— 執(zhí)行電機轉(zhuǎn)動 —— 減速器 —— 使被控對象朝著消除誤差的方向運動，只要 X（ t）≠ Y(t)，就有 e(t)≠ 0，執(zhí)行電機就會轉(zhuǎn)動，