总结报告角度随动控制系统

第一篇：总结报告角度随动控制系统

自动控制系统课程设计报告：角度随动系统

课 程 设 计 报 告

项目名称：角度随动系统 姓

名：鞠青云 专

业：信息工程 学

号：1028401106

自动控制系统课程设计报告：角度随动系统

摘要

本次设计的是角度随动系统，主要运用到了模拟电路的相关知识来设计系统的硬件，实现角度自动控制。通过控制前端转动角度的大小来控制系统末端的角度。主要由电位器、电阻、齿轮、运放、功放、电机等部件组成，使之可以通过一个电位器的转动以达到控制末端角度跟随变化。

关键词：角度控制、电机、角度随动

Abstract The design Angle servo，using the related knowledge of analog circuit to confirm the hardware，can realize the automatic angle control.The angle at the end of the system can follow the change of the angle at the beginning of the system.The automatic control system mainly consists of potentiometers, resistances, gears , operational amplifier , power amplifier, a motor and etc.Keywords: Angle control, Motor, Angle tracking

自动控制系统课程设计报告：角度随动系统

目录

摘要

一、引言

1.1角度随动系统的应用背景 1.2角度随动系统实现功能

二、系统方案论证

2.1总体方案思路 2.2方案比较论证

三、角度随动系统

3.1系统框图

3.2角度随动系统的结构组成 3.3角度随动系统的工作原理 3.4系统数学模型的建立

四、系统电路原理图

4.1综合电路 4.2电路模块分析

五、系统实物及性能测试 5.1器件的选择 5.2实物图

5.3性能测试及校正

六、结束语

七、参考文献

自动控制系统课程设计报告：角度随动系统一、引言

1.1角度随动系统的应用背景

随着社会的发展，科技的进步，自动控制系统在各个领域的应用越来越广泛，智能化已是现代控制系统发展的主流方向。近年来，角度控制系统虽然在人们日常生活中的运用并不多见，但是在工业中的应用却十分广泛，在军事中的运用也举足轻重，角度控制的方案也多种多样，不同的角度控制系统，优缺点各异。针对实际情况，设计一个角度控制系统，具有广泛的应用前景与实际意义。

如今，在传感技术、交通、电力和航天等行业，尤其是军事中雷达的运用，都要求很高的角度控制，在当今社会，角位置控制系统，运用会越来越广泛。

1.2角度随动系统实现功能

在自动控制系统的前端，有一个角度控制器，通过调节该角度控制器的角度，在自动控制系统的末端，会有一个跟随的角度变化，达到后端角度转动和前端手动的调节的角度一致，从而达到角度跟随的作用。

二、系统方案论证

2．1总体方案系统思路

控制末端的角度随着前端旋钮的角度一起变化，并且保持一致，而且可以反向调节，就得根据闭环负反馈系统的相关理论，在末端角度部分有一个反馈信号到前端输入部分，从而控制末端角度到达目标角度时能够停止转动。在本次设计中被控对象是系统输出端的角度，通过前端角度变化来控制末端角度的变化，通过下面三种方案进行比较。

2．2方案比较论证

方案一：

前端角度变化通过齿轮的相互咬合，将这一角度变化传递到末端角度器的下端，通过齿轮将角度传递到末端角度变化。

方案二：

以单片机为核心，通过外围电路以及内部程序来控制角度的变化。方案三：

通过两个电位器，两个电位器均能输出电压，一个作为输入角度变化的电压，一个作为末端角度变化反馈的电压，分别接入到差分电路的两端，当差分电路的输出电压差不为0时，电机转动，带动末端的电位器转动，反馈的电压也就发生变化；当输出的电压差为0时，电压停止转动，则可以通过

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此方法实现角度控制，且存在反馈系统。

方案一的优点是组成元件和整个系统结构都十分简单，但是只有齿轮传动，速度较慢，而且精度也不够，很难符合要求。方案二用到单片机系统，经费会超出预算，且内部程序比较繁琐不适合使用。方案三电路不是很复杂，不需要内部程序，而且精度和调节时间也可以符合要求。

通过上述三种方案的优缺点之间的比较，本次设计中采用方案三。

三、角度随动系统

3.1系统框图

本次实验，采用上述的方案三，则其系统框图如下：

图3.1 角度随动系统框图

此处前端电位器，可以使用多圈电位器，能够实现角度变化带动电位器的变化要求，末端电机转动带动电位器的变化，可以使用马达电位器，也能够实现电机转动带动电位器的变化。差分电路是该系统的核心部分。由于电机转动的要求电压较高，而差分电路输出的电压会出现较小的值，不能驱动电机转动，从而达不到角度一致的要求，所以加入功放电路来驱动电机。

3.2角度随动系统的结构组成

位置随动系统的原理图如图1-1。该系统的作用是使负载J(工作机械)的角位移随给定角度的变化而变化，即要求被控量复现控制量。系统的控制任务是使工作机械随指令机构同步转动即实现：Q(c)=Q(r)

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图3.2位置随动系统原理图Z1—电动机，Z2—减速器，J—工作机械

系统系统主要由以下部件组成：系统中手柄是给定元件，手柄角位移Qr是给定值（参考输入量），工作机械是被控对象，工作机械的角位移Qc是被控量（系统输出量），电桥电路是测量和比较元件，它测量出系统输入量和系统输出量的跟踪偏差（Qr –Qc）并转换为电压信号Us，该信号经可控硅装置放大后驱动电动机，而电动机和减速器组成执行机构。

3．3角度随动系统的工作原理

控制系统的任务是控制工作机械的角位移Qc跟踪输入手柄的角位移Qr。如图3.2，当工作机械的转角Qc与手柄的转角Qr一致时，两个环形电位器组成的桥式电路处于平衡状态。其输出电压Us=0，电动机不动，系统处于平衡状态。当手柄转角Qr发生变化时，若工作机械仍处于原来的位置不变，则电桥输出电压Us不等于0，此电压信号经放大后驱动电动机转动，并经减速器带动工作机械使角位移Qc向Qr变化的方向转动，并逐渐使Qr和Qc的偏差减小。当Qc=Qr时，电桥的输出电压为0，电机停转，系统达到新的平衡状态。当Qr任意变化时，控制系统均能保证Qc跟随Qr任意变化，从而实现角位移的跟踪目的。

3．4 系统数学模型的建立

直流电机电枢回路电压平衡方程为：

ua(t)LadiaiaRaEa

（3-1）dtEa是电枢反电势，EaKem，Ke为与电动机反电势有关的比例系数。Mm(t)Kmia(t)，Km为电动机的转矩系数，Mm(t)是电枢电流产生的电磁转矩。

电动机轴上的转矩平衡方程为：

JdmBmMm(t)Mc(t)

（3-2）dt暂不考虑负载转矩，则电动机的输出转矩来驱动负载并且并克服粘性摩擦，故得转矩平衡方程为：

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d2mdmB

MmJ

（3-3）dt2dt忽略电动机电枢电感La，利用（1）式与（3）式消去中间量ia(t)，对变量ua与m

作拉普拉斯变换得

KmKKeUa(s)ms(s)Js2(s)Bs(s)RaRaKmRaKKeS(JSBm)Ra

即有： G1(s)(s)Ua(s)

（3-4）

上式（4）为直流电机的传递函数。电机的模型为一二阶系统。由于电机的转速通常较快，在电机与末端角度控制器通常有一个齿轮减速器进行减速。

i—减速器速比

直流电机的数学模型建立： La—电动机电枢绕组的电感 Ra—电动机电枢绕组的电阻 Km—电动机的转矩系数

Ke—与电动机反电势有关的比例系数 J—折算到电动机轴上的总转动惯量 B—折算到电动机轴上的总粘性摩擦系数 直流电机电枢回路电压平衡方程为：

ua(t)LadiaiaRaEa

（3-5）dtEa是电枢反电势，EaKem，Ke为与电动机反电势有关的比例系数。

Mm(t)Kmia(t)，Km为电动机的转矩系数，Mm(t)是电枢电流产生的电磁转矩。电动机轴上的转矩平衡方程为：

JdmBmMm(t)Mc(t)

（3-6）dt暂不考虑负载转矩，则电动机的输出转矩来驱动负载并且并克服粘性摩擦，故得转矩平衡方程为：

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d2mdmB

MmJ

（3-7）dt2dt忽略电动机电枢电感La，利用（3-5）式与（3-7）式消去中间量ia(t)，对变量ua与m

作拉普拉斯变换得

KmKKeUa(s)ms(s)Js2(s)Bs(s)RaRaKmRaKKeS(JSBm)Ra

即有： G1(s)(s)Ua(s)

（3-8）

上式（3-8）为直流电机的传递函数。电机的模型为一二阶系统。由于电机的转速通常较快，在电机与车轮之间通常有一个齿轮减速器进行减速。

i—减速器速比—减速器速比

根据以上介绍，整个系统的开环传递函数为：

G(s)KsKaKm

（3-9）

KmKeRS(JSB)iRaKsKaKmKK称为增益，FBmeRiRa这里忽略电动机的电枢电感La，令K1称为阻尼系数，则该自动位移控制系统的开环传递函数为G(s)K，其中

S(TS1)KK1/F是开环增益，是需要选定的系统参数，TJ/F为系统的时间常数，一般是为系统保留下来的固有参数。则可以得到系统相应的闭环传递函数为： (s)G(s)K2（6）

1G(s)TSSK 该系统可以简化为一个简单地二阶系统，其原理框图如下：

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图3 系统简化框图

各参数的含义如上，根据电动机的数据手册及其它模块各参数的计算选取，获得本设计的开环传递函数为： G(S)4Ka155

S(S2.2)S(S2.2)系统的开环增益约为155，时间常数为2.2s。

四、系统电路原理图

4．1综合电路

图4.1 总体电路原理图

该原理图是一个整体的设计，左上端电位器就是输入的角度电位器，调节次电位器的角度，通过电压跟随器输入到差分电路的输入端，把差分电路的输出经过比较器，进入到加法器输入，加法器的输出，控制末端负载电机的转动，在电机转动的过程中，带动末端电位器的变化，即此处左下端的电位器。从而产生一个反馈的功能，当差分电路两个输入的电压不一致时，电机会转动，当其电压一

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致时，电机就停止转动。

4．2电路模块分析

1、电压跟随器

在电路原理图可以看见用到了四组电压跟随器的作用，电压跟随器有一个显著的特点就是输入阻抗高，输出阻抗低，且输出的电压和输入的电压相同，在此处主要的作用是起到“隔离“的作用。对前级电路呈高阻状态，对后级电路呈低阻状态，起到隔离作用，防止电路前后级产生影响。

2、电压比较器

此处运放负端接到地，即参考电压为0。当运放正端的输入大于0时，则比较器的输出大于0；当运放正端的输入小于0时，则比较器的输出小于0。在此电路中，运放的正端接入的是上级差分电路的输出，当差分电路输出大于0，则比较器也输出大于0，从而控制电机正传；输入小于0时，则电机反转。

3、功放电路

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此电路为乙类双电源互补对称功率放大电路，对正负电压均能起到放大的作用。当左端输入一个电压时，经过此电路就会产生放大的电流。电路末端用到的功放的作用就是进行一个电流，从而驱动电机的转动。

4、求和电路

此处用到一个简单的求和电路，由于比例已经经过设计，此处的输出即为输入的两个电压的和的相反数。此处如此设计，主要是便于调节输出的角度能够和输入的角度一致。输出的电压，经过电压放大，即能

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驱动电机的转动。

5、求差电路

求差电路应该是该电路的核心，上下两个输入端的电压，分别对应系统前端调节角度产生的电压和系统末端反馈的电压。输出的电压为上端输入电压与下端输入电压之差，当电压差不为0时，就会通过下级电路带到后端电机转动，从而反馈的电压也会变化，使差分电路的输出趋于0，进而起到角度调节的作用。

五、系统实物及性能测试

5.1器件的选择

前端角度控制电位器，可以通过一个多圈电位器实现角度和电位的同时实现。运放可以选择普通的LM324芯片。功放电路中，用到了NPN和PNP两种类型的三极管，此处可以选择9012，9013就可符合要求。该系统末端的角度变化和电位器变化，本打算用一个电机通过齿轮减速带动一个电位器来实现，但是马达电位器能实现上述的整体功能，就用马达电位器代替。

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图5-1 马达电位器

5.2实物图

图5-2 整体图

图5-3 前端角度控制器

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图5-4 差分电路模块

上述电路实物中，由于选择了集成的马达电位器，在其进行工作时，则会出现调节时间比较长的现象，反应有些迟钝，这个是采用这个设计存在的遗憾。所以，通过下面进行性能的校正。

5．3性能测试及校正

稳定性分析

由系统的开环传传递函数 G(S)4Ka155

S(S2.2)S(S2.2)得系统的特征方程为：

s22.2s1550 运用Routh判据判定系统的稳定性。写出系统的劳思表如下：

s

2155 s

12.2

0 s0

155 根据Routh判据：线性系统稳定的充分必要条件是劳思表中第一列严格为正。由系统劳思表知，第一列中全为正数，所以该系统稳定。系统校正：

1、串联超前校正

采用了串联超前校正。采用串联超前校正可以增大系统的截止频率，从而使

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闭环系统的带宽也增大，使响应速度加快。串联超前校正网络的传递函数为：

G(s)Ts1 Ts1式中为分度系数，T为时间常数。超前网络的最大超前角频率为

m1T

1最大超前相位角为

marcsin

1

图5-5无源超前网络电路图与特性图 155G(S)

2、校正指标 S(S2.2)设计的二阶系统开环传递函数为：

校正后系统的性能指标应满足： 速度位置误差 ess0.1 相角裕度

50

/s 截止频率

c14rad

3、校正过程

首先调整开环增益。因为：ess10.1 K故取K10(rad)1,待校正系统开环传递函数为：G(s)根据系统的频率特性，计算出系统的截止频率c

s(s2.2)

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即令

G(j)1551

j(j2.2)得：

c9.5rad/s

根据截止频率即可求出系统的相角裕度

180G(jc)180(90arctanc2.2)13.6

而二阶系统的幅值裕度必为。由待校正系统的相角裕度可以计算出串联超前网络的最大相角m

m(5~10)50(5~10)41.4~46.4

这里取m41.4，为了发挥超前网络的最大补偿作用，用最大相位角进行补偿

根据marcsin1，即可求出：0.18 1取mc，根据m1T，即可求出：T0.20

因此超前网络的传递函数为：

G(s)Ts10.20s10.18

Ts10.180.20s1由于0.21，故超前网络对系统有衰减作用，这对系统的性能是不利的。实际中取G(s)1G(s)Ts10.20s1

Ts10.18*0.2s1为了验证串联超前校正网络的校正作用，需要对系统的性能指标进行校验。校正后系统的开环传递函数为：G(s)校正之后系统的相角裕度为：

0.16s110

0.032s1s(s3.12)180arctan0.16carctan0.032c90arctan

c3.1258.5

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可见50，满足校正要求。

六、结束语

通过本次实验，能够正确理解自动控制系统的系统设计过程，关键是反馈部分得到了一定的锻炼。本设计是采用串联超前校正的方法设计的位置控制系统，涵盖了控制理论的基本的内容，涉及到了系统数学模型的建立，时频域分析，系统参数合理选择以及最终系统性能的校正。对Routh判据、开环幅频特性曲线等方法和手段有了一个实际的运用。同时综合运用模电，电机等其他方面的知识，锻炼了自身的综合运用能力。

但是，由于临近期末，课程设计的时间较短，所以该角度跟随器的功能还不是十分完美，尤其是校正一部分还需要进一步的设计和调制，对此还是有点遗憾。

七、参考文献

《电子技术基础（模拟部分）第五版》 康华光主编，华中科技大学出版社； 百度文库；

《自动控制原理（第五版）》 胡松寿主编，科学技术出版社

第二篇：“心随影动”策划书

观看心理电影策划书

心理健康教育与咨询部

一、活动背景

心理健康教育是学校对大学生进行全面素质教育的一个重要基础。大学生是一群正在成长的青年，是一个极其敏感的群体，其内心体验极其细腻微妙。由于大学生心理内部的需要结构发生变化，大学生的追求有其独特性，而他们的价值观念尚不稳定，时常处于波动、迷惘、抉择之中，其心理成熟又落后于生理成熟，因而大学生的情感是不稳定的，情绪变化起伏大，易受周围环境变化的影响，心境变化快。学业、生活、人际关系等等变化会引起情绪的波动，容易偏激、冲动，情绪冲突也较多。恰逢10月10日“世界精神卫生日”，为了响应“世界精神卫生日”的号召——承担共同责任，促进精神健康，我们希望通过观看心理电影，来引导同学们积极健康的成长。

二、活动目的通过我系学生亲身观看心理电影，使学生在自我领悟、自我反省、自我提高中，达到自我教育的目的，同时帮助同学们树立维护心理健康的意识，以便在以后更好的学习和工作。

三、活动主题 ： 心随影动

四、活动时间 ：2011年10月10日及10月11日晚上7:00——9:30

五、活动地点：旧实验楼三楼、四楼多媒体教室

六、活动对象：教科系大一新生

七、预备电影：《绷带俱乐部》（片长：117min）、《放牛班的春天》（片长：96 min）

八、影片简介：

绷带俱乐部父母的离异、窘迫的家境、失恋、背叛、意外事故„„生活中的经历在心灵上留下一道道伤痕。绷带原是用来处理肉体伤口的东西，一群少年突发奇想，用它来治疗内心的伤痛。虽然现实并不会因此而改变，然而望着飞舞在碧空下的白色绷带，心头似乎漾起了一点温暖的感觉。

关东附近的县市，在一个蓝天穿透的城市。住着一个女高中生。笑美子（石原里美），乍看下只是过着普通的校园生活，但在内心深处却是阴暗不安的。偶然的一时冲动而跨过医院屋顶的垣墙时，却遇见一个说著奇怪关西腔的少年住院患者、井出埜辰耶（柳乐优弥）。埜辰耶直觉地看穿了笑美子心中的阴暗，因美笑子跨过垣墙而系结在她手腕上的绷带。就像是在蓝天中随风飘动的白色旗子。是怎么样的心情？放松了绷带，对心也有效！？这就是《绷带俱乐部》的开端„„描绘在关东附近的城市，受伤的地方和风景里包上绷带治疗的《绷带俱乐部》高中生们的青春电影。

放牛班的春天世界著名指挥家皮埃尔·莫朗琦重回法国故地出席母亲的葬礼，他的旧友贝比诺送给他一本陈旧的日记，看着这本当年音乐启蒙老师克莱蒙特马修遗下的日记，皮埃尔慢慢细味着老师当年的心境，一幕幕童年的回忆也浮出自己记忆的深潭„„克莱蒙特是一个才华横溢的音乐家，不过在1949年的法国乡村，他没有发展自己才华的机会，最终成为了一间男子寄宿学校的助理教师，这所学校有一个外号叫“池塘之底”，因为这里的学生大部 分都是难缠的问题儿童。到任后克莱蒙特发现学校的校长以残暴高压的手段管治这班问题少年，体罚在这里司空见惯，性格沉静的克莱蒙特尝试用自己的方法改善这种状况，闲时他会创作一些合唱曲，而令他惊奇的是这所寄宿学校竟然没有音乐课，他决定用音乐的方法

来打开学生们封闭的心灵。

克莱蒙特开始教学生们如何唱歌，但事情进展得并不顺利，一个最大的麻烦制造者就是皮埃尔·莫安琦，皮埃尔拥有天使的面孔和歌喉却有着令人头疼的调皮的性格，谆谆善诱的克莱蒙特把皮埃尔的音乐天赋发掘出来，同时他也与皮埃尔的母亲产生了一段微妙感情。

九、活动安排：

1．心理咨询部负责确定好要观看的心理电影，并下载到U盘里。

2．心理咨询部负责在十月十日前申请教室。

3．心理咨询部负责安排好各班观看电影的时间和地点。

4．心理咨询部在十月九日通知各班心理委员，说明有关观看心理电影的具体事项，并请他们各自通知自己班观看电影的时间和地点。

5．在十月十日之前到多媒体教室确认是否能正常播放。

6．心理咨询部成员需提前半小时到达现场，并准备好心理电影的播放。

7．邀请治保部成员到场维持纪律。

8．观看完毕后，请同学们依次退出，心理咨询部成员留下收拾现场，并相互谈谈这次活动的体会。

9．心理咨询部及时开会总结经验，写总结书，并为下次活动做准备。

十、活动注意事项：

1.观看心理电影时，各位同学要注意保持教室的卫生。

2.观看心理电影活动必须拍照留底。

3．观看心理电影时要注意保持安静。

4．心理电影必须有一定的质量，并对同学心理素质的提高有一定的帮助。

十一、活动后续工作

1．讨论此次活动存在的问题，寻找更加合适的解决方法，为以后开展活动汲取更多的经验，以完善各项工作。

2．心理咨询部针对不同同学观看心理电影的情况适当的与其交流，让更多的同学了解自我，做好人生规划。

第三篇：心随影动管理员职责

心随影动管理员职责

1：各管理员拥有删除捣蛋分子的权利，但如果滥用职权。将视情况给予警告、撤职或踢群处罚。

2：对于经常在线不发言的群友，可采取小窗口的形式问候一下，适当给予警告，对于长期潜水者要看时候给于警告，适当时可以踢出本群。

3：管理员要及时调动大家情绪在群内发言

4：群管理员有义务在自己长时间没空今后不再来群的时候辞职（可以请假），请大家监督。5：每次聚会群主及群管理员均要尽可能参加，并自觉负担起活动的组织、协助得责任。如有特殊情况，要及时协调，主要组织活动者不得有任何原因迟到、缺席或中途退场。6：如果群内任何一讲师讲课，各管理员及时通知各群群成员

7：尽量注意每条群信息，凡是谩骂诽谤，广告，刷屏者一律踢出。

8：个管理有义务处理群内纠纷，确保群持续，健康的发展。

9：维护群主形象，任何时间情况下都不得与网友发生激烈冲突。

10：管理员不得以高傲的态度对待群成员，11：各管理员晚上八点至十点必挂YY

不能达到要求的请提意见或自动辞职，谢谢合作！

第四篇：人生需要随动而静

人生需要随动而静

古代中国武术，讲究坐如钟，站如松，也就是一个静字，而所谓的武术，是一种动的艺术。这就需要武者把静与动有机的结合起来，做到静中有动，动中有静。所以说，中国武术给动与静做出了完美的诠释。

其实，人生亦何尝不是这样呢。人生就像一条小溪，在源头静静的流淌，会聚在一起，时而激进，时而平缓，一静一动，使人们感受到了蓬勃生机。试想，如果小溪一直静静的流淌，又或者一直波涛汹涌，那么这便不是一种生命的意义，只是一条平凡的小溪而已。而人生的路上决不是一路平静的，沿途的风景总会引起你的兴趣，也许是一棵千年古树，也许是一朵美丽的花，又或许只是一株普普通通的。但这已足够让你的人生路上充满乐趣，你的人生从来不在孤单，成长的路上有阳光为你照明，痛苦的时候有花儿为你分担。

可说到底，人生之路也不可能是一路坎坷，虽然也有疼痛，虽然椰油彷徨，但人生之路椰油平心静气的时候。一个人轻轻的走在这一片静悄悄的森林中，这一片静谧使你感受到前所未有的温暖，没有太多的打扰，没有过多的色彩，眼前呈现的是满眼的绿色，偶尔有零星的鸟鸣声，蝉躁林愈静，鸟鸣山更幽。这时候，不妨停下脚步，感受一下采菊东篱下，悠然见南山的那一份惬意，让静包围你，浸透你的皮肤，慢慢融进心里。

静，是春日里的阳光，使人的心平和而安详，而动便是阳光照耀下的花朵，生机盎然。

静，是树枝上的一片片树叶，而动便是微风，树叶在阵阵微风下，时而摇摆，时而安静，给人以一种动静结合的美的感受。

静是花朵，而动便是绿叶，谁都不能失去谁。

人生需要随动而静。

第五篇：第五章 位置随动系统总结

第五章 位置随动系统一、位置随动系统的组成和特点。

二、位置随动系统稳态和动态建模。

三、典型输入信号下及扰动输入信号下位置随动系统的稳态误差，等效正弦法的概念、物理意义，精度点在稳态设计中的应用。

四、位置随动系统的动态设计

1.振荡指标法； 2.PID法； 3.并联校正法； 4.复合校正

不变性原理、等效传递函数法，输出对干扰的不变性原理。