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指导教师评定成绩：审定成绩：重庆邮电大学自动化学院自动控制原理课程设计报告设计题目：单位（二级学院）：自动化学院学生姓名：专业：自动化班级：学号：指导教师：设计时间：2010 年 6 月重庆邮电大学自动化学院制目录目录 (2)一、设计题目 (3)1题目内容 (3)2实现目标 (3)3设计要求 (3)4 设计安排 (3)二、设计报告正文 (3)1步进电机的概论 (4)2步进电机的驱动控制系统 (6)3系统设计思路 (10)4步进电机的控制电路 (13)三、设计总结 (15)四、参考文献 (16)一、设计题目1题目内容基于51单片机的步进电机调速设计2实现目标1)具有与PC机串口通信的功能；2)具有与数码管显示或者LED指示灯显示状态（数码管显示的速度并不代表电机实际速度，只是一个感性的认识）3设计要求1)绘制原理图，PCB;2)完成单片机所有代码编写；3)设计PC机简易显示界面；4设计安排三个人一组，为期一周，小组成员合作，共同完成设计要求。
二、设计报告正文摘要：步进电机是一种将电脉冲转换成相应角位移或者线位移的电磁机械装置。
在非超载的情况下，电机的转速，停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。
它具有快速启停能力，在电机的负荷不超过它能提供的动态转矩时，可以通过输入脉冲来控制它在一瞬间的启动或者停止。
由于其精确性以及其良好的性能在实际当中得到了广泛的应用。
本文首先介绍了步进电机的分类、技术指标、步进电机的工作原理以及步进电机的驱动原理。
然后主要以51系列单片机AT89S52为控制核心设计了步进电机（型号42BYG016）控制系统，从系统的硬件电路以及软件的设计方面实现了通过液晶对步进电机的加速，匀速，减速以及正反转做出显示。
经过对所设系统的测试，结果表明仿真控制系统的随动性能好，抗干扰能力强，稳定性好。
【关键词】：单片机、步进电机、串口通信、液晶显示1步进电机的概论1.1工作原理步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的执行机构。
任务书设计题目：基于MATLAB的机器人柔性手臂控制系统设计与仿真1．设计的主要任务及目标学生应通过本次毕业设计，综合运用所学过的基础理论知识，在深入了解反馈控制系统工作原理的基础上，掌握机械系统建模、分析及校正环节设计的基本过程；初步掌握运用MATLAB/Simulink相关模块进行控制系统设计与仿真的方法，为学生在毕业后从事机械控制系统设计工作打好基础。
2．设计的基本要求和内容（1）根据已有的机器人柔性手臂系统相关资料，对其结构特点及工作原理进行分析；（2）建立柔性手臂系统的数学模型；（3）应用极点配置对系统进行状态反馈设计；（4）运用MATLAB/SIMULINK对系统进行仿真计算；（5）通过动态仿真设计优化系统参数，对反馈系数K进行确定；3．主要参考文献[1] 刘白燕等编,机电系统动态仿真-基于MATLAB/SIMULINK[M].北京：机械工业出版社,2005.7[2] 王积伟，吴振顺等著，控制工程基础[M].北京：高等教育出版社2001.8[3] （日）末松良一. 机械控制入门[M].北京：科学出版社，2000[4] 徐昕等著. MATLAB工具箱应用指南.北京:电子工业出版社,2000 4．进度安排基于MATLAB的机器人柔性手臂控制系统设计与仿真摘要：机械臂未来的发展趋势是高速、高精度和轻型化、操作灵活的柔性机械臂。
柔性机械臂系统的动力学特点是大范围刚体运动的同时，伴随着柔性臂杆的小幅弹性运动。
柔性臂杆的弹性振动将极大地影响机械臂末端的定位精度。
本设计结合机器人柔性手臂的结构特点，对机器人柔性手臂进行了受力分析，建立了柔性手臂系统的集中参数模型。
对柔性手臂系统的特性、系统的可控制性和可观测性进行了分析，用极点配置求取状态反馈系数K对系统进行反馈。
使柔性手臂系统的振动快速达到稳态,用MATLAB仿真确认控制效果。
关键词：柔性机械臂，控制系统，MATLAB仿真Design and simulation system for flexible manipulator control basedon MATLABAbstract：The trend of the development of mechanical arm is high speed, high precision and light-duty, flexible operation of the flexible manipulator. The dynamics of flexible manipulator system is characterized by a wide range of rigid motion at the same time, with flexible arm slightly elastic movement. The elastic vibration of flexible arm will greatly influence the mechanical arm at the ends of the positioning accuracy. This design with the structure characteristics of a flexible robot arm, has carried on the stress analysis of flexible robot arms, established the lumped parameter model of the flexible arm system. Characteristics of the flexible arm system, system controllability and observability are analyzed, using pole assignment for state feedback coefficient K to feedback system. To make the vibration of the flexible arm system to reach steady state quickly, MATLAB simulation confirm the control effect.Key words：Flexible manipulator, Control system, MATLAB simulation目录1概述 (1)1.1引言 (1)1.2研究目的及意义 (2)1.3国内外柔性机械臂的研究现状 (3)1.3.1柔性臂动力学建模的研究现状 (3)1.3.2柔性机械臂的主动控制 (4)2柔性手臂的建模过程 (5)2.1柔性手臂对机器人的重要性 (5)2.2柔性手臂的试验模型 (6)2.3状态方程的建立 (8)2.3.1集中参数模型 (8)2.3.2系统参数和变量的定义 (8)2.3.3数学模型 (10)3系统的特性分析 (13)3.1实验参数 (13)3.2比例变换 (14)3.3系统矩阵的特征值和手臂的振型 (15)3.4可控制性和可观测性 (20)4用极点配置法进行设计和仿真 (22)4.1状态反馈设计 (22)4.2控制系统设计方法选择 (22)4.3利用仿真确认控制效果 (24)5控制系统的实现 (26)总结 (27)参考文献 (29)致谢 (30)附录 (31)1 概述1.1 引言随着人类科技水平的不断进步，机器人的应用越来越广泛。
上海交通大学硕士学位论文双连杆柔性机械臂的主动控制研究姓名：杜欣申请学位级别：硕士专业：一般力学与力学基础指导教师：蔡国平20090301双连杆柔性机械臂的主动控制研究摘要随着科学技术的发展，柔性构件在工程机构中大量使用。
另外，机构运行速度加快，运行精度的要求也越来越高，由此构成所谓的柔性多体动力学系统或刚柔耦合动力学系统，柔性机械臂是这类系统的典型代表之一。
柔性机械臂在作大范围刚体运动的同时，也将产生自身的小变形弹性振动，这两种运动相互耦合和相互影响，系统的动力学行为较为复杂，具有强非线性、强耦合、时变等特点。
对于单杆柔性机械臂，系统中只存在单一的刚柔耦合，即系统大范围运动与柔性手臂弹性振动之间的耦合，动力学建模与控制相对来讲较为容易。
而对于多杆柔性机械臂，系统中不但存在刚柔耦合，还存在各个柔性杆件弹性振动之间的柔柔耦合，动力学建模与控制难度较大。
因为柔性机械臂在航空航天、机器人等许多高科技领域有着强烈的工程应用背景，因此对其动力学建模与控制的研究具有重要的理论意义和实际应用价值。
另一方面，压电材料由于具有良好的机电耦合特性，既可以作为传感器，也可以作为作动器，在结构振动主动控制领域得到了广泛应用。
压电作动器通过粘贴或填埋方式与结构结为一体，因此非常适用于存在大范围运动的柔性构件的振动抑制。
本文在国家自然科学基金（编号：10772112，10472065）、教育部重点项目（编号：107043）、教育部博士点基金（编号：20070248032）和上海市教委科研重点项目（编号：09ZZ17）的资助下，开展压电双杆柔性机械臂的动力学建模与主动控制的研究，主要内容和成果总结如下：(1)在大量阅读文献的基础上，较为全面地综述了柔性机械臂的研究进展。
(2)研究了压电双杆柔性机械臂的动力学建模问题，并且进行了系统大范围已知和未知两种情况下的动力学仿真，通过仿真揭示对机械臂系统进行主动控制的必要性。
该部分的工作是为后续主动控制的设计提供模型保证。
指导教师评定成绩：审定成绩：自动控制原理课程设计报告设计题目：柔性机械手臂控制系统设计目录一、设计题目 (2)二、设计报告正文 (3)2.1 分析系统性能 (4)2.1.1 转动角的性能分析 (4)2.1.2 摆角的性能分析 (6)2.2 系统校正 (8)2.2.1 对转动角θ进行校正 (9)2.2.2 对摆角β进行校正 (11)三、设计总结 (14)四、参考文献 (15)一、设计题目柔性机械手臂控制系统设计传统的工业机器人为了保证可控性及刚度，机器臂一般比较粗大，为了降低质量，提高其控制响应速度，常采用柔性机器臂，如图1所示。
为了使其响应又快又准，需要设计控制器对其进行控制，保证其性能。
图1 工业机器人手臂已知：球体质量m=2KG ，绕重心的转动惯量T0=0.15，半径为R=0.04m ；传动系统惯性矩I=1kg.ms 2，传动比为5；手臂为长L=0.2m ，设手臂纵向弹性系数为E ，截面惯性矩为I1，则E*I1=0.9KG/m 2；手臂转动角为θ，摆角为β，绕度为x ，F 视为小球的惯性力,u 为电机的输入电压，T 为电机的输出的力矩，而电机的时间常数非常小，则输入电压与输出力矩可以近似为一个比例环节，设为K=10。
系统结构图如图2所示。
K L-+ ()U s 21Is T ()s θm F213L EI ()s β1I-+21s θβ图2柔性机械手自动控制系统结构图（1） 分析系统时域、频域性能，绘制系统根轨迹、Bode 图等；（2） 设计超前校正网络，使系统超调量不超过7%、调节时间小于1s 、稳态误差不超过1°；（3） 分析校正后系统时域、频域性能二、 设计报告正文摘要本文主要根据给定的转动角和摆角的开环传递函数，用matlab 编程画出相对应的系统时域、频域性能，绘制系统根轨迹、Bode 图，从画出的图形中可以分析出，此开环传递函数不够稳定，因此，需要对开环传递函数进行校正。
指导教师评定成绩：审定成绩：重庆邮电大学自动化学院自动控制原理课程设计报告设计题目：柔性手臂控制学院：自动化学院姓名：专业：班级：学号：指导教师：设计时间：2013年12月重庆邮电大学自动化学院制目录目录一、设计题目 (1)二、设计报告正文 (2)摘要 (2)（一）系统分析、建立数学模型 (3)1.1 物理量分析 (3)1.2数学模型的建立 (3)（二）系统性能分析 (4)2.1输出传递函数的分析 (4)2.2误差传递函数的分析 (7)（三）输出传递函数和误差传递函数的校正 (8)3.1 输出传递函数的校正 (8)3.2误差传递函数的校正 (10)三、设计总结 (11)四、参考文献 (12)一、设计题目传统的工业机器人为了保证可控性及刚度，机器臂作得比较粗大，为了降低质量，提高控制速度，可以采用柔性机器臂，为了使其响应又快又准，需要对其进行控制，已知m为球体，m=2KG,,绕重心的转动惯量T0=0.15,半径为0.04m，传动系统惯性矩I=1kg.m s2，传动比为5，;手臂为长L=0.2m，设手臂纵向弹性系数为E，截面惯性矩为I1，则E*I1=0.9KG/m2,设电机时间常数非常小，可以近似为比例环节（输入电压，输出为力矩），分析系统的性能，并校正。
图1、控制系统示意图二、设计报告正文摘要随着人类科技水平的不断进步，在人们生活以及工业生产等诸多领域经常涉及到机器人的使用。
传统的机器人为了保证可控性及刚度，机器臂作得比较粗大，将机器人视为刚体系统的分析与设计方法已显得愈加不适用。
而新一代机器人已向着高速化、精密化和轻型化的方向飞速发展,柔性机械臂作为柔性多体系统动力学分析与控制理论研究最直接的应用对象，由于其具有简明的物理模型以及易于计算机和实物模型试验实现的特点，已成为发展新一代机器人关键性课题。
与刚性机械臂相比较，柔性机械臂具有结构轻、操作灵活、性能稳定、载重自重比高等特性，因而具有较低的能耗、较大的操作空同和很高的效率，其响应快速而准确，有着很多潜在的优点。
指导教师评定成绩：审定成绩：重庆邮电大学自动化学院自动控制原理课程设计报告设计题目：位置随动系统单位（二级学院）：学生姓名：专业：班级：学号：指导教师：设计时间：重庆邮电大学自动化学院制目录一、设计题目 (2)二．报告正文 (3)摘要 (3)2．1 问题一的分析与求解 (4)2．2 问题二的分析与求解 (5)2．3 问题三的分析与求解 (10)2．4 问题四的分析与求解 (14)三、设计总结 (18)四、参考文献 (19)五、附录 (20)附录一 (20)附录二 (20)一、 设计题目自动控制原理课程设计任务书1某位置随动系统原理如下图所示。
输入量为转角r θ，输出量为转角c θ，p R 为圆盘式滑动电位器，SM 为伺服电动机，TG 为测速发电机。
要求：（１）查阅相关资料，分析系统的工作原理，指出被控对象、被控量和给定量，画出系统方框图。
（２）分析系统每个环节的输入输出关系，代入相关参数求取系统传递函数。
（３）分析系统时域性能和频域性能。
（４）运用根轨迹法或频率法校正系统，使之满足给定性能指标要求。
（已知条件和性能要求待定）二、设计报告正文摘要随动系统是指系统的输出以一定的精度和速度跟踪输入的自动控制系统，并且输入量是随机的，不可预知的，主要解决有一定精度的位置跟随问题，如数控机床的刀具给进和工作台的定位控制，工业机器人的工作动作，导弹制导、火炮瞄准等。
控制技术的发展，使随动系统得到了广泛的应用。
位置随动系统是反馈控制系统，是闭环控制，其位置指令是经常变化的，要求输出量准确跟随给定量的变化，输出响应的快速性、灵活性和准确性成了位置随动系统的主要特征。
本次课程设计研究的是一类位置随动系统的滞后校正，首先通过分析原理求出传递函数，并利用主导极点进行降阶，得出一个二阶系统传递函数，并通过MATLAB分析时域和频域的各个性能，得出相角裕度太小和超调量太大，然后设计PD控制装置，改善系统的阻尼比，来使系统的各个性能达到要求。
自动化电气与工程类工程实训实验报告——单片机最小系统实验报告基于PROTEUS仿真平台的51系列单片机最小系统的设计、应用实验一、实验目的和性能指标1、实验目的学习掌握PROTEUS仿真软件的基本使用，熟悉KEIL软件的使用。
并且对单片机最小系统进行仿真设计，实现1.在电路上实现秒表计时、暂停、清零功能。
2.同时实现计时器功能，显示时、分、秒，能够修改时、分、秒。
3.用单片机及外围接口电路实现对键盘的扫描，并用八位数码管显示结果。
2、性能指标秒表计时要求能精确至0.01秒，计时器要求能循环显示，格式为时—分—秒，并能实现时间的调整，包括时间的增加和减小，对键盘的扫描实现4*4矩阵键盘的扫描，并能循环显示。
二、硬件系统设计STC89c51单片机的硬件资源包含：一个8位CPU、振荡器和时钟电路、至少128字节的内部数据存储器，可寻址外部程序存储器和数据存储器个64k字节，21个特殊功能寄存器，4个并行I/O接口，2个16位定时/计数器,至少5个中断源，提供两级中断优先级，可实现两级中断服务程序嵌套。
具有有位寻址功能，有较强的布尔处理能力。
各功能单元（包括IO端口和定时器/计数器等）都由特殊功能寄存器（SFR）集中管理。
中央处理器、ROM、RAM、定时/计数器和I/O口等,各个功能由内部的总线连接起来，从而实现数据通信。
单片机最小系统主要由电源、复位、振荡电路以及扩展部分等部分组成。
1、单片机最小系统单片机最小系统就是支持主芯片正常工作的最小电路部分，包括主控芯片、复位电路和晶振电路。
主控芯片选取AT89C52芯片，因其具有良好的性能及稳定性，价格便宜应用方便。
晶振选取12MHz，晶振旁电容选取30pF。
采用按键复位电路，电阻分别选取10KΩ，电容选取10μF。
2、键盘接口电路共计16个按键，采用4*4矩阵键盘，键盘的行和列之间都有公共端相连，四行采用端口P3.0~P3.3,四列采用端口P3.4~P3.7,通过8个端口的的高低电平完成对矩阵键盘的控制和扫描。
指导教师评定成绩：审定成绩：重庆邮电大学移通学院自动化系课程设计报告设计题目：Ⅰ型二阶系统的典型分析与综合设计学生姓名：专业：班级：学号：指导教师：设计时间：2010 年 12 月重庆邮电大学移通自动化系制重庆邮电大学移通学院《自动控制原理》课程设计（简明）任务书-供08级自动化专业、电气工程与自动化专业本科生用引言：《自动控制原理》课程设计是该课程的一个重要教学环节，它有别于毕业设计，更不同于课堂教学。
它主要是培养学生统筹运用自动控制原理课程中所学的理论知识，掌握反馈控制系统的基本理论和基本方法，对工程实际系统进行完整的全面的分析和综合。
一、设计题目：Ⅰ型二阶系统的典型分析与综合设计二、系统说明：该Ⅰ型系统物理模拟结构如下图：其中R0=100KΩ; C1=C2=10-5F；R2=1/2 R0R f为线性滑动电位器，可调范围为：10-1R0~ 104R0 ，设计过程中可忽略各种干扰，比如：运算放大器的零点漂移，环节间的负载效应，外界强力电力设备产生的电磁干扰等，均可忽略。
三、系统参量：系统输入信号：r（t）；系统输出信号：y（t）；四、设计指标：设定：输入为r（t）=a+bt（其中：a=5rad/secb=4rad/sec）在保证静态指标K v=5（e ss≤0.8）的前提下，要求动态期望指标：σp% ≤8.5% ；t s≤2sec五、基本要求：1. 建立系统数学模型——传递函数；2. 利用频率特性法分析和综合系统（学号为单号同学做）；3. 利用根轨迹法分析和综合系统（学号位双号同学做）;4. 完成系统综合前后的有源物理模拟（验证）实验；5. 完成系统综合前后的计算机仿真（验证）实验;六、设计缴验：1. 课程设计计算说明书一份；2. 原系统组成结构原理图一张（自绘）；3. 系统分析，综合用BODE图（或根轨迹图）各一张；4. 系统综合前后的模拟图各一张（附实验结果图）各一张；5. 计算机仿真程序框图一张；6. 计算机仿真程序清单一份（附仿真实验结果图）；7. 封面装帧成册；移通学院自动化系指导教师：汪纪峰2010-12-15目录引言 (2)一、系统概述 (7)1.1 设计目的 (7)1.2 系统的工作原理 (7)1.3 系统设计基本要求 (8)二、系统建模 (9)2.1 各环节建模 (9)2.1.1 比较器 (9)2.1.2 比例环节 (9)2.1.3 积分环节 (10)2.1.4 惯性环节 (11)2.1.5 反馈环节 (12)2.2 系统模型 (12)2.2.1 系统框图模型 (12)2.2.2 系统等价框图 (12)2.2.3 系统频域模型 (13)2.2.4 小结 (13)三、系统分析 (14)3.1 稳定性分析 (14)3.1.1 时域分析 (14)3.1.2 根轨迹映证 (14)3.1.2.1 绘制根轨迹 (15)3.2静态精度分析 (16)3.2.1Ⅰ型系统的典型分析 (16)3.2.1.1 跟踪能力 (16)3.2.1.2 ess计算 (16)3.2.2 根轨迹映证 (16)3.3 动态分析K 1 (17)3.3.1 作根轨迹 (18)3.3.2 指标分析 (19)四、系统综合 (20)4.1 校正方案的设计 (20)4.2 ts问题 (20)4.3τ的确定 (21)4.3.1 绘制校正后系统—τ参数根轨迹 (21)4.3.2 绘制τ参数根轨迹 (22)4.3.3 确定满足的σp%的ξ (24)4.3.4 做等ξ线 (24)4.4 确定τA (24)五、系统模拟 (25)5.1 原系统的物理模拟 (25)5.2校正后系统的物理模拟 (26)六、设计小结 (27)6.1心得体会 (27)6.2致谢 (28)七、参考文献 (29)《自动控制原理》课程设计第一章系统概述1.1设计目的主要是培养学生的统筹运用自动控制原理课程中所学的理论知识，掌握反馈控制系统的基本理论和方法，对工程实际系统进行完整全面分析和综合。
指导教师评定成绩：审定成绩：重庆邮电大学自动化学院自动控制原理课程设计报告设计题目：柔性手臂控制学院：自动化学院姓名：专业：班级：学号：指导教师：设计时间：2013年12月重庆邮电大学自动化学院制目录目录一、设计题目 (1)二、设计报告正文 (2)摘要 (2)（一）系统分析、建立数学模型 (3)1.1 物理量分析 (3)1.2数学模型的建立 (3)（二）系统性能分析 (4)2.1输出传递函数的分析 (4)2.2误差传递函数的分析 (7)（三）输出传递函数和误差传递函数的校正 (8)3.1 输出传递函数的校正 (8)3.2误差传递函数的校正 (10)三、设计总结 (11)四、参考文献 (12)一、设计题目传统的工业机器人为了保证可控性及刚度，机器臂作得比较粗大，为了降低质量，提高控制速度，可以采用柔性机器臂，为了使其响应又快又准，需要对其进行控制，已知m为球体，m=2KG,,绕重心的转动惯量T0=0.15,半径为0.04m，传动系统惯性矩I=1kg.m s2，传动比为5，;手臂为长L=0.2m，设手臂纵向弹性系数为E，截面惯性矩为I1，则E*I1=0.9KG/m2,设电机时间常数非常小，可以近似为比例环节（输入电压，输出为力矩），分析系统的性能，并校正。
图1、控制系统示意图二、设计报告正文摘要随着人类科技水平的不断进步，在人们生活以及工业生产等诸多领域经常涉及到机器人的使用。
传统的机器人为了保证可控性及刚度，机器臂作得比较粗大，将机器人视为刚体系统的分析与设计方法已显得愈加不适用。
而新一代机器人已向着高速化、精密化和轻型化的方向飞速发展,柔性机械臂作为柔性多体系统动力学分析与控制理论研究最直接的应用对象，由于其具有简明的物理模型以及易于计算机和实物模型试验实现的特点，已成为发展新一代机器人关键性课题。
与刚性机械臂相比较，柔性机械臂具有结构轻、操作灵活、性能稳定、载重自重比高等特性，因而具有较低的能耗、较大的操作空同和很高的效率，其响应快速而准确，有着很多潜在的优点。
在工业、医疗、军事等领域内，它能够代替人类完成大量重复、机械的工作，有很高的应用价值。
关于柔性机械臂控制方法的研究及控制器的实现问题，一般都分两个阶段进行控制，即在开始阶段可以采用一个与转动角度、转动角速度有关的简单控制规律，建立数学模型。
，然后再采用比较精确的控制方法，校正，达到目标并较快的稳定下来。
关键词：柔性手臂数学模型校正（一）系统分析、建立数学模型1.1 物理量分析1、 力矩：想象成旋转力，导致出旋转运动的改变；公式M=L ×F(L 为位移矢量， *d^2θ/dt^2（惯性矩乘以角加速度）2、转矩：也叫扭矩，是使机械元件转动的力矩。
3、惯性力：物体具有的惯性会使物体保持原来运动状态的倾向。
4、挠度：弯曲变形时横截面形心沿与轴线垂直方向的线位移（构件在荷载作用下的最大变形）。
5、传动比：机构中两转动构件角速度的比值。
1.2数学模型的建立1、 由题目可知，电机输入电压u 和电机输出力矩T 近似为一个比例环节，并且比例系数为K,则可以列出第一个建模方程：T=Ku ．．．．．．①2、 小球所受的惯性力F 和小球摆动所受的角加速度的关系为：F=m d 2(θ-β)dt 2 ．．．．．．②3、 输出力矩与角速度之间的关系是：T-F ×L=I d 2θdt 2 即T-FLsin90。
= I d 2θdt2 ．．．③4、 查阅相关资料可知，悬梁臂自由端受集中荷载作用时，自由端最大挠度计算式为：Ymax=FL33EI ，其中E 为手臂纵向弹性系数；I 是截面惯性矩；F 为小球所受惯性力；L 为手臂长；而Ymax=x ≈βL （摆角乘以摆动半径约等于挠度），所以可以得出第四个建模方程： FL 33EI 1 =βL ．．．．．．④5、 联立公式②④可以得出：β=mL 2d 2(θ-β)3EI 1dt 2 ，展开公式之后再拉普拉斯变换可得：(3EI 1+mL 2S 2) β(S)=mL 2S 2θ(S)．．．．．．⑤6、 联立公式①②③⑤可得：Ku-mL d 2(θ-β)dt 2 =I d 2θdt 2 ，同样由拉普拉斯变换并且化简整理可得：Ku(S)-mLS 2[θ(S)－β(S)]=I S 2θ(S)，带入公式⑤整理可得：Ku(S)=θ(S)[ mLS 2－m 2L 3S 4 3EI 1+ mL 2S 2 +I S 2]=S 2θ(S)[3EI 1mL+3EI 1I+mL 2S 2I 3EI 1+mL 2S 2]可以推出：θ(S) u(S) =K(3EI 1+mL 2S 2)S 2(3EI 1mL+3EI 1I+mL 2S 2I) ．．．．．．⑥7、把公式⑥带入到公式⑤可得：β(S)u(S)=mKL23EI1mL+3EI1I+mL2S2．．．．．．⑦8、把题目中给出的已知数据带入公式⑥和公式⑦，可以得出转动角和摆角关于输入电压的传递函数：β(S)u(S)＝0.08K0.08S2+3.78θ(S) u(S)=K(0.08S2+2.7)S2(0.08S2+3.78)=K(0.08S2+2.7)0.08S4+3.78 S2．．．．．．⑧（二）系统性能分析2.1输出传递函数的分析分析输出函数传递函数：θ(S)u(S)=K(0.08S2+2.7)0.08S4+3.78 S2输出函数的开环结构框图为：图2.1.1输出函数的单位阶跃响应：Step(K=1)：图2.1.2输出函数单位阶跃响应可知，输出转动角与输入信号电压成非线性增大关系，从而看出该开环系统不稳定，因此可在系统中加个传感器，使系统构成一个负反馈系统，进而改善系统性能。
输出函数闭环结构框图为：图2.1.3Bode图如下，其中幅频图表示频率响应增益的分贝值对频率的变化，相频图则是频率响应的相位对频率的变化。
图2.1.4输出函数闭环单位阶跃响应：图2.1.5由图看出，此时系统最终没有稳定，所以需要进行校正。
2.2误差传递函数的分析分析误差传递函数β(S)u(S) ＝0.08K0.08S 2+3.78误差传递函数的开环结构框图为：图2.2.1误差传递函数的闭环结构框图为：图2.2.2开环误差传递函数的单位阶跃响应：图2.2.3加传感器前的开环系统的根轨迹如下：图2.2.4由图可知，开环系统有两个极点位于S 平面的虚轴上，系统临界稳定稳定，而根据系统稳定的充要条件可知：闭环系统特征 的所有根均具有负实部，也即闭环系统传递函数的极点均位于S 左半面。
因此，需要对系统进行校正。
（三）输出传递函数和误差传递函数的校正3.1 输出传递函数的校正比例-微分校正：对于输出传递函数θ(S) u(S) =K(0.08S 2+2.7)(τS+1)0.08S 4+3.78 S 2 ，因为闭环特征方程缺项，所以在前向通道中引入开环零点(τS+1)，得到改善后系统的开环传递函数为：θ(S) u(S) =K(0.08S 2+2.7)(τS+1)0.08S 4+3.78 S 2，利用劳斯判据判断闭环特征方程的稳定性，得到使系统稳定的K 和τ的取值范围是：K>0且τ>0，取K=1且τ=1时得到系统闭环传递函数为：θ(S) u(S) =(0.08S 2+2.7)(S+1) 0.08S 4+3.78 S 2+(0.08S 2+2.7)(S+1) =0.08S 3+0.08S 2+2.7S+2.70.08S 4+0.08S 3+3.86S 2+2.7S+2.7 采用比例-微分校正系统的结构框图为：图3.1.1根轨迹图为：图3.1.2分析根轨迹图，闭环极点全部位于根轨迹图虚轴的左半平面，所以系统是稳定的进一步分析，闭环系统的单位阶跃响应为：图3.1.3调整时间大约14S，超调量大约40%，根据实际的控制系统来讲，这显然是不满足工业要求的。
3.2误差传递函数的校正 误差传递函数β(S)u(S) ＝0.08K 0.08S 2+3.78 ，闭环特征方程缺项，所以在前向通道中引入开环零点(τS+1)，得到改善后系统的闭环传递函数为：β(S)u(S) ＝0.08K(τS+1)0.08S 2+3.78 ， ，最后得到的结构框图为：图3.2.1利用劳斯判据判断闭环特征方程的稳定性，得到使系统稳定的K 和τ的取值范围是：K>0且τ>0，取K=1且τ=1时得到系统闭环传递函数为：β(S)u(S) =0.08(S+1)0.08S 2+3.78+0.08(S+1)=0.08S+10.08S 2+0.08S+3.86根轨迹：图3.2.2分析根轨迹图，闭环极点全部位于根轨迹图虚轴的左半平面，所以系统是稳定的误差传递函数比例-微分控制后的单位阶跃响应为：图3.2.3由图可知，误差传递函数比例-微分控制后的单位阶跃应系统也是逐渐趋于稳定，满足系统稳定条件。
三、设计总结这次课程设计中我们遇到了许多难题，比如校正装置的确立等环节。
但是我们组员相互鼓励，积极交流，向老师请教，最终圆满完成了这次课程设计。
通过本次课程设计，不仅检验了我们对自动控制原理课程的掌握程度，也培养了我们小组的协作能力。
课设期间，遇到问题，独立解决或同学在一起讨论，大家很有目的的做课设，受益匪浅。
同时，通过网络来获取所需的内容，例如关于柔性手臂的研究和MATLAB的使用问题等等，锻炼了我的资料收集和整理总结的能力，积累了如何进行课程设计的经验。
也使我知道了要运用多种渠道去学习研究。
通过本次课程设计，我有机会将课堂上所学到的理论知识运用到了实际当中，并通过对知识的综合利用，进行了必要的分析，比较，提高了自己分析问题的能力，同时通过MATLAB 仿真及画图工具的使用，进一步增强了自己的动手能力。
最后，向这次课程设计中给予我们指导的老师表示衷心的感谢，谢谢老师耐心的解答与指导。
四、参考文献[1] 胡寿松.《自动控制原理》科学出版社[2] 金以慧.《过程控制》清华大学出版社[3] 张汉全，肖建，汪晓宁. 自动控制原理 [M]. 西南交通大学出版社.[4] 牟荟瑾.《柔性机械臂控制技术的研究意义及现状》吉林建筑工程学院城建学院[5] 刘明治，刘春霞. 《柔性机械臂动力学建模和控制研究》西安电子科技大学。
