图 5-13 最优控制设计器的结构图 27

图 5-14 进一步优化后的系统结构图 28

图 5-15 优化后的系统阶跃响应曲线图 28

表清单

表序号 表名称 页码

表 1-1 常用图形修饰函数及功能 2

表 2-1 Simulink 的基本操作 6

表 5-1 系统阶跃响应时域指标 25

表 5-2 系统阶跃响应频域指标 25

表 5-3 Ziegler-Nichols 整定公式 27

1 绪论

1.1 位置随动系统的概念及其特点

随动系统也称之为伺服系统[1]，是以位移、速度等作为被控量的自动控制系 统。位置随动系统的被控制量是负载机械空间的线位移和角位移，当位置给定量 出现变化时，系统需要使输出量快速而准确地复现给定量的变化，主要解决一些 有精度的位置跟随问题。位置随动系统中具有位置给定，位置检测[2]和位置反馈 环节，系统中的各种参数都是连续变化的模拟量，位置检测可以用电位器、自整 角机、光电编码器等。

由于位置随动系统对输出量的快速性与稳定性有很高的要求，所以位置随动 系统必须是一个闭环反馈控制系统，与调速系统跟多强调的抗扰动性不同，位置 随动系统主要是要求能够快速跟随。

根据给定信号与位置检测反馈信号比较的信号种类，位置随动系统可以分为 模拟式和数字式两类，但他们的目标是相同。位置随动系统一般都是使输出位移 快速而准确地复现给定位移，必须具有一定精度的位置传感器，才能准确地给出 反映位移误差的信号。

1.2 位置随动系统的研究现状及应用

位置随动系统的应用领域非常广泛。例如，轧钢机的自动控制，数控机床的 刀具给进和工作台的定位控制，船舵的自动操作，工业机器人的动作控制、车防 上的雷达跟踪、导弹制导、火炮瞄准等。位置随动系统成为电力拖动自动控制系 统的一个重要应用[3]。

控制技术的发展使位置随动系统广泛地应用于军事工业和民用工业，这要求 随动系统有更高的跟踪精度和跟踪速度，有良好的可靠性。随动系统的控制方式 也从传统的 PID[4]控制方法延伸到神经网络和模糊控制等智能控制方式。

当今的自动控制技术都是基于反馈的概念，反馈理论的要素包括三个部分： 测量，比较和执行。测量研究的重点是变量，与期望值相比较，用误差纠正调节 控制系统的响应。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学 模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经 验和现场调试来确定，这时应用 PID 控制技术最为方便。

尽管随着现代调速技术的发展，出现了各种新型控制算法，如自适应控制、 专家系统、智能控制等。从理论上分析，许多控制策略都能实现良好的电机动静

态特性，但是由于算法本身的复杂性，而且对于系统进行模式辨识比较麻烦，因 此在实际系统中实现非常困难。对于传统的 PID 调节器而言，最大的特点就是 其算法简单，参数易于整定，具有较强的鲁棒性[5]，而且适应性强，可靠性高， 这些特点使得 PID 控制器在工业控制领域得到广泛的应用。