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。