《控制電機(jī)》論文

1、控制電機(jī)論文信息技術(shù)學(xué)院2012 年 4 月控制電機(jī)論文第一章 控制電機(jī)綜述控制電機(jī)作為微特電機(jī)的主要分支，而它的結(jié)構(gòu)和工作原理都有別于普通電機(jī)，并且種類很多，應(yīng)用也很廣泛。本課程主要介紹了比較典型的旋轉(zhuǎn)變壓器、自整角機(jī)、測(cè)速發(fā)電機(jī)、伺服電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電機(jī)以及各類微特同步電動(dòng)機(jī)以及新結(jié)構(gòu)和新原理的無刷直流電動(dòng)機(jī)、直線電動(dòng)機(jī)等。以下我分別對(duì)每種電機(jī)作下說明。1.1 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器（resolver）是一種電磁式傳感器，又稱同步分解器。它是一種測(cè)量角度用的小型交流電動(dòng)機(jī)，用來測(cè)量旋轉(zhuǎn)物體的轉(zhuǎn)軸角位移和角速度，由錠子和轉(zhuǎn)子組成。其中錠子繞組作為變壓器的原邊，接受勵(lì)磁電壓，勵(lì)磁頻率通常用400、3

2、000及5000HZ等。轉(zhuǎn)子繞組作為變壓器的副邊，通過電磁耦合得到感應(yīng)電壓。旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理和普通變壓器基本相似，區(qū)別在于普通變壓器的原邊、副邊繞組是相對(duì)固定的，所以輸出電壓和輸入電壓之比是常數(shù)，而旋轉(zhuǎn)變壓器的原邊、副邊繞組則隨轉(zhuǎn)子的角位移發(fā)生相對(duì)位置的改變，因而其輸出電壓的大小隨轉(zhuǎn)子角位移而發(fā)生變化,輸出繞組的電壓幅值與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成正弦、余弦函數(shù)關(guān)系，或保持某一比例關(guān)系，或在一定轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)與轉(zhuǎn)角成線性關(guān)系。旋轉(zhuǎn)變壓器在同步隨動(dòng)系統(tǒng)及數(shù)字隨動(dòng)系統(tǒng)中可用于傳遞轉(zhuǎn)角或電信號(hào)；在解算裝置中可作為函數(shù)的解算之用，故也稱為解算器。1.2 自整角機(jī)利用自整步特性將轉(zhuǎn)角變?yōu)榻涣麟妷夯蛴赊D(zhuǎn)角變?yōu)檗D(zhuǎn)角的感應(yīng)式

3、微型電機(jī)，在伺服系統(tǒng)中被用作測(cè)量角度的位移傳感器。自整角機(jī)還可用以實(shí)現(xiàn)角度信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸、變換、接收和指示。兩臺(tái)或多臺(tái)電機(jī)通過電路的聯(lián)系，使機(jī)械上互不相連的兩根或多根轉(zhuǎn)軸自動(dòng)地保持相同的轉(zhuǎn)角變化，或同步旋轉(zhuǎn)。電機(jī)的這種性能稱為自整步特性。在伺服系統(tǒng)中，產(chǎn)生信號(hào)一方所用的自整角機(jī)稱為發(fā)送機(jī)，接收信號(hào)一方所用自整角機(jī)稱為接收機(jī)。自整角機(jī)廣泛應(yīng)用于冶金、航海等位置和方位同步指示系統(tǒng)和火炮、雷達(dá)等伺服系統(tǒng)中。1.3 測(cè)速發(fā)電機(jī)選用測(cè)速發(fā)電機(jī)時(shí)，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的頻率、電壓、工作速度范圍和在系統(tǒng)中所起的作用來選。當(dāng)使用直流或交流測(cè)速發(fā)電機(jī)都能滿足系統(tǒng)要求時(shí)，則需考慮到它們的優(yōu)缺點(diǎn)，全面權(quán)衡，合理選用。交流感

4、應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)主要優(yōu)點(diǎn)是：不需要電刷和換向器，構(gòu)造簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，運(yùn)行可靠；無滑動(dòng)接觸，輸出特性穩(wěn)定，精度高；摩擦力矩小，慣量小；不產(chǎn)生干擾無線電的火花；正、反轉(zhuǎn)輸出電壓對(duì)稱。主要缺點(diǎn)是：存在相位誤差和剩余電壓；輸出斜率小；輸出特性隨負(fù)載性質(zhì)改變（電阻性、電感性、電容性）。直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)不存在輸出電壓相位移；無剩余電壓；輸出功率較大，可帶較大負(fù)載；溫度補(bǔ)償也比較容易。因有電刷換向器，故結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)困難，且摩擦轉(zhuǎn)矩較大，對(duì)無線電有干擾，存在不靈敏區(qū)1.4 伺服電動(dòng)機(jī)一般分為直流伺服和交流伺服. 對(duì)于直流伺服馬達(dá) 優(yōu)點(diǎn):精確的速度控制,轉(zhuǎn)矩速度特性很硬,原理簡(jiǎn)單、使用方便,價(jià)格優(yōu)勢(shì)

5、 缺點(diǎn):電刷換向,速度限制,附加阻力,產(chǎn)生磨損微粒(對(duì)于無塵室) 對(duì)于交流伺服馬達(dá) 優(yōu)點(diǎn):良好的速度控制特性，在整個(gè)速度區(qū)內(nèi)可實(shí)現(xiàn)平滑控制，幾乎無振蕩;高效率，90%以上，不發(fā)熱;高速控制;高精確位置控制（取決于何種編碼器）;額定運(yùn)行區(qū)域內(nèi)，實(shí)現(xiàn)恒力矩;低噪音;沒有電刷的磨損，免維護(hù);不產(chǎn)生磨損顆粒、沒有火花，適用于無塵間、易暴環(huán)境 慣量低; 缺點(diǎn):控制較復(fù)雜,驅(qū)動(dòng)器參數(shù)需要現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整PID參數(shù)整定,需要更多的連線直流伺服電機(jī)的特性較交流伺服電機(jī)硬。通常應(yīng)用于功率稍大的系統(tǒng)中，如隨動(dòng)系統(tǒng)中的位置控制等。交流伺服電機(jī)的輸出功率一般為0.1-100 W，電源頻率分50Hz、400Hz等多種。它的應(yīng)用

6、很廣泛，如用在各種自動(dòng)控制、自動(dòng)記錄等系統(tǒng)中1.5 微特同步電動(dòng)機(jī)微型同步電機(jī)的額定功率從零點(diǎn)幾瓦到數(shù)百瓦，由于同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速在一定的輸出功率范圍內(nèi)是不隨負(fù)載變化的這種恒速特性使得微型同步電機(jī)在諸如電報(bào)傳真機(jī)、磁帶錄音機(jī)和各種精密的計(jì)時(shí)或是記錄裝置中得到了廣泛的應(yīng)用。微型同步電機(jī)按定子繞組所接電源相數(shù)不同，可分為三相和單相同步電機(jī)兩大類。三相微型同步電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)與普通三相同步電機(jī)相同。在定子鐵芯槽內(nèi)嵌放有彼此相差120°電度角的三相繞組。工作時(shí)，由三相電源供電。單相微型同步電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)與單相異步電機(jī)相同，又分為兩相起動(dòng)式和罩極式兩種。工作時(shí)有單相電源供電。1.6 無刷直流電動(dòng)機(jī)

7、無刷直流電機(jī)在辦公自動(dòng)化設(shè)備及信息處理設(shè)備中的應(yīng)用廣泛 這些設(shè)備對(duì)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的電磁干擾和噪聲的要求特別高，且需要穩(wěn)速、調(diào)速、定位等特性。同時(shí)，無刷直流電動(dòng)機(jī)大量被采用，如計(jì)算機(jī)硬、軟盤驅(qū)動(dòng)，光盤驅(qū)動(dòng)，應(yīng)急盤驅(qū)動(dòng)，激光打字機(jī)棱鏡驅(qū)動(dòng)，復(fù)印機(jī)鼓驅(qū)動(dòng)，冷卻風(fēng)扇等等。而且，在工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備和在汽車和電動(dòng)車輛中應(yīng)用也很多。1.7 步進(jìn)電機(jī)把電脈沖信號(hào)變換成角位移以控制轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的微特電機(jī)。在自動(dòng)控制裝置中作為執(zhí)行元件。每輸入一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)前進(jìn)一步，故又稱脈沖電動(dòng)機(jī)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)多用于數(shù)字式計(jì)算機(jī)的外部設(shè)備，以及打印機(jī)、繪圖機(jī)和磁盤等裝置。1磁電式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)主要有永磁式、反應(yīng)式和永磁感應(yīng)子式3種形式。

8、永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由四相繞組組成。A相繞組通電時(shí)，轉(zhuǎn)子磁鋼將轉(zhuǎn)向該相繞組所確定的磁場(chǎng)方向;A相斷電、B相繞組通電時(shí)，就產(chǎn)生一個(gè)新的磁場(chǎng)方向，這時(shí)，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動(dòng)一角度而位于新的磁場(chǎng)方向上，被激勵(lì)相的順序決定了轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方向。永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)消耗功率較小，步矩角較大。缺點(diǎn)是起動(dòng)頻率和運(yùn)行頻率較低。2反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在定、轉(zhuǎn)子鐵心的內(nèi)外表面上設(shè)有按一定規(guī)律分布的相近齒槽，利用這兩種齒槽相對(duì)位置變化引起磁路磁阻的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。這種步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步矩角可做到1°15°，甚至更小，精度容易保證，起動(dòng)和運(yùn)行頻率較高，但功耗較大，效率較低。3永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又稱混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。是永磁式步進(jìn)電

9、動(dòng)機(jī)和反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)兩者的結(jié)合，并兼有兩者的優(yōu)點(diǎn)。1.8 直線電動(dòng)機(jī)直線電動(dòng)機(jī)是一種將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)機(jī)械能而不需要任何中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的裝置；結(jié)構(gòu)多樣，可以根據(jù)需要制成扁平型、圓筒型或盤型等各種形式；可以采用交流電源、直流電源或脈沖電源等各種電源進(jìn)行工作；不同種類具有截然不同的工作特點(diǎn)，可以根據(jù)需要選擇。能滿足高速、大推力的驅(qū)動(dòng)要求，也能滿足低速、精細(xì)的要求，如步進(jìn)直線電動(dòng)機(jī)。 它的應(yīng)用領(lǐng)域也很廣泛軍事領(lǐng)域。利用直線電機(jī)制成各種電磁炮，并試圖將它用于導(dǎo)彈、火箭的發(fā)射； 交通運(yùn)輸業(yè)。利用直線電機(jī)制成時(shí)速達(dá)500km以上的磁懸浮列車； 工業(yè)領(lǐng)域。用于生產(chǎn)輸送線，以及各種橫向或垂直運(yùn)動(dòng)的機(jī)械設(shè)

10、備中； 精密儀器設(shè)備。例如計(jì)算機(jī)的磁頭驅(qū)動(dòng)裝置、照相機(jī)的快門、自動(dòng)繪圖儀、醫(yī)療儀器、航天航空儀器、各種自動(dòng)化儀器設(shè)備等； 民用裝置。如門、窗、桌、椅的移動(dòng)，門鎖、電動(dòng)窗簾的開、閉等。第二章 控制電機(jī)的應(yīng)用2.1自整角機(jī)的工作原理自整角機(jī)是一種感應(yīng)式機(jī)電元件，可以把它看成是二次側(cè)可以自由旋轉(zhuǎn)的變壓器。它廣泛應(yīng)用于隨動(dòng)系統(tǒng)中，作為角度或角度偏差的檢測(cè)、傳輸和指示裝置。在隨動(dòng)系統(tǒng)中，通常將兩個(gè)或者兩個(gè)以上的自整角機(jī)組合使用，在電路上互有聯(lián)系，在機(jī)械上各自獨(dú)立，但各電機(jī)的轉(zhuǎn)軸又能保持相同的轉(zhuǎn)角變化或同步旋轉(zhuǎn)。自整角機(jī)的上述特性稱為自整步特性。在系統(tǒng)中產(chǎn)生和發(fā)出角度位置信號(hào)的自整角機(jī)成為自整角發(fā)送機(jī)，接

11、收并跟隨動(dòng)作的自整角機(jī)稱為自整角接收機(jī)。本次課程設(shè)計(jì)中采用的是控制式自整角機(jī)，原理圖見圖21圖21控制式自整角機(jī)工作原理圖圖中左邊為自整角機(jī)發(fā)送機(jī)，右邊為自整角機(jī)接收機(jī)。發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組接交流激磁電壓Uj，稱激磁繞組。接收機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組輸出電壓，稱為輸出繞組。發(fā)送機(jī)激磁繞組對(duì)定子D1相的夾角用m*表示，接收機(jī)輸出繞組對(duì)定子D1'相的夾角用m表示。m*-m就是發(fā)送機(jī)、接收機(jī)激磁繞組軸線的夾角差值。經(jīng)推導(dǎo)后可得出輸出繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)的有效值為 E=Emaxcos式中=m*-m，通常把=900的位置作為協(xié)調(diào)位置，把偏離此位置的角度叫做失調(diào)角，可見=900-，故 E=Emaxcos=Emax

12、sin （1）當(dāng)接收機(jī)輸出繞組接上交流放大器時(shí)，可認(rèn)為輸出繞組電壓Ubs=Ubsmaxsin，在 角很小時(shí)，sin= ；即可以認(rèn)為Ubs=U2max，即輸出電壓的幅值近似于角差（失調(diào)角）成正比，其傳遞函數(shù)為比例環(huán)節(jié)（見圖22）放大系數(shù)為Kbs=UbsUbsmax100V/rad=Ubsmax57.3V/(°)通常在100的區(qū)間里，Kbs可認(rèn)為是一個(gè)恒值，常用的自整角機(jī)放大系數(shù)Kbs值約為0.61.2V/(°)。圖22 自整角機(jī)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖控制式自整角機(jī)的質(zhì)量指標(biāo)：零位電壓當(dāng)發(fā)送機(jī)和接收機(jī)達(dá)到協(xié)調(diào)位置時(shí)，輸出繞組的電壓只能減小到一個(gè)相當(dāng)小的電壓，這個(gè)電壓稱為零位電壓或殘余電壓。

13、它的存在使系統(tǒng)靈敏度降低，所以零位電壓越小自整角機(jī)的質(zhì)量越好。比電壓輸出電壓和差角的關(guān)系為Ubs=Ubsmaxsin在角很小時(shí)，sin= ；即可以認(rèn)為Ubs=Ubsmax；即此時(shí)可以用正弦曲線在=0處的切線來近似代替該曲線，如圖23所示。圖23輸出電壓和差角的關(guān)系曲線圖這條切線的斜率稱為比電壓，其值等于在協(xié)調(diào)位置附近失調(diào)角變化一度時(shí)輸出電壓的增量，單位為：伏/弧度，由圖可見，切線的斜率大，比電壓也大，也就是失調(diào)同樣的角度，所獲得的信號(hào)電壓大，因此系統(tǒng)的靈敏度就高。2.2 自整角機(jī)位置隨動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)自整角機(jī)位置隨動(dòng)系統(tǒng)原理圖如圖24所示。由式（1）可知，自整角機(jī)接收機(jī)輸出的正弦交流電壓幅值為Ub

14、s=Ubsmaxsinm*-m式中 Ubsmax自整角機(jī)接收機(jī)輸出的正弦交流電壓的最大值； m*發(fā)送機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)角； m接收機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)角。當(dāng)m*>m時(shí)，Ubs為正值；當(dāng)m*<m，Ubs為負(fù)值。為了根據(jù)Ubs的正負(fù)值來控制執(zhí)行電機(jī)朝著消除角差的方向運(yùn)動(dòng)，自整角機(jī)輸出電壓首先要經(jīng)過相敏整流放大器鑒別角差的極性，在經(jīng)過功率放大環(huán)節(jié)將信號(hào)增強(qiáng)，以推動(dòng)執(zhí)行發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。此外，為了使系統(tǒng)穩(wěn)定并保證所需的動(dòng)態(tài)品質(zhì)，在相敏放大器與功率放大器之間還應(yīng)增設(shè)各種形式的串并聯(lián)校正裝置。在執(zhí)行電機(jī)與負(fù)載之間還應(yīng)有減速器，這樣就得到了較完整的自角機(jī)位置隨動(dòng)系統(tǒng)。圖24 自整角機(jī)位置隨動(dòng)系統(tǒng)原理圖下面簡(jiǎn)單分析下系統(tǒng)中各

15、部分的工作原理及傳遞函數(shù)。自整角機(jī)本次設(shè)計(jì)所采用的關(guān)于作為發(fā)送信號(hào)和接收信號(hào)用的自整角機(jī)，其工作原理及傳遞函數(shù)在第1節(jié)自整角機(jī)的工作原理中已有介紹這里就不再重復(fù)。相敏整流器（放大器）的功能及傳遞函數(shù)相敏整流器的功能是是將交流電壓換為與之成正比的直流電壓，并使它的極性與輸入的交流電壓的相位相適應(yīng)。其動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖25所示圖25 相敏整流器的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖相敏整流器傳遞函數(shù)的表達(dá)式為WURPS= KphTphs+1 式中 Kph相敏整流器的放大系數(shù) Tph電阻電容的濾波時(shí)間常數(shù),Tph=R1C1可逆功率放大器對(duì)于大功率隨動(dòng)系統(tǒng)，功率放大器多采用可逆的晶閘管可控整流器；對(duì)小功率隨動(dòng)系統(tǒng)，為了進(jìn)一步提高系

16、統(tǒng)的快速性，常采用晶體管脈沖寬度調(diào)制（PWM）開關(guān)放大器。本次設(shè)計(jì)采用晶閘管整流電路，則其傳遞函數(shù)可近似表達(dá)為KsTss+1執(zhí)行機(jī)構(gòu)作為執(zhí)行電機(jī)，可選用直流伺服電動(dòng)機(jī)或交流兩項(xiàng)異步電動(dòng)機(jī)，在要求高性能時(shí)，可采用小慣性直流電動(dòng)機(jī)或?qū)捳{(diào)速力矩電機(jī)。本次設(shè)計(jì)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用直流伺服電機(jī)，則其傳遞函數(shù)仍可表達(dá)成一個(gè)二階環(huán)節(jié) 1CeTmTlS2+TmS+1 ,由于在隨動(dòng)系統(tǒng)中一般不串聯(lián)平波電抗器，因此電樞回路的電感很小，所以電磁時(shí)間常數(shù)Tl就很小，在一定條件下，可近似為一階慣性環(huán)節(jié)，則傳遞函數(shù)就成 1CeTmS+1 。減速器減速器對(duì)隨動(dòng)系統(tǒng)的工作有重大影響，減速器速比的選擇和分配將影響到系統(tǒng)的慣性矩，并影

17、響到快速性。減速器的傳遞函數(shù)可以表示為Wg=6is=Kgs式中 Kg=6i 減速器的放大系數(shù)。 這樣，把轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)角的關(guān)系包含在內(nèi)，減速器可當(dāng)成一個(gè)積分環(huán)節(jié)，其動(dòng)態(tài)框圖見圖2-6圖2-6 減速器的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖2-7所示，其中APR表示位置調(diào)節(jié)器，本設(shè)計(jì)中位置調(diào)節(jié)器采用PID調(diào)節(jié)器。圖2-7 自整角機(jī)位置隨動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖由圖2-7可以看出自整角機(jī)位置隨動(dòng)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為Ws=KbsKphKsKgCesTphs+1Ts+1TmTls2+Tms+1WAPRs （2）式中WAPRs位置調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。2.3 自整角機(jī)位置隨動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析位置隨動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，希望

18、其輸出量盡量復(fù)現(xiàn)輸入量，即要求系統(tǒng)具有一定的穩(wěn)態(tài)精度，產(chǎn)生的位置誤差越小越好。影響隨動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度，導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)誤差的因素有以下幾點(diǎn)：由檢測(cè)元件引起的檢測(cè)誤差；由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和輸入信號(hào)引起的原理誤差；負(fù)載擾動(dòng)引起的擾動(dòng)誤差。下面分別討論這三種誤差。（1）檢測(cè)誤差檢測(cè)誤差取決于檢測(cè)元件本身的精度，位置隨動(dòng)系統(tǒng)中常用的位置檢測(cè)元件如自整角機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器等都有一定的精度等級(jí)，系統(tǒng)的精度不可能高于所用位置檢測(cè)元件的精度。檢測(cè)誤差是穩(wěn)態(tài)誤差的主要部分，這是系統(tǒng)無法克制的。本次所采用的測(cè)量元件為自整角機(jī)，自整角機(jī)的誤差范圍為1度°。（2） 原理誤差（又稱系統(tǒng)誤差）原理誤差是由系統(tǒng)自

19、身的結(jié)構(gòu)形式、系統(tǒng)特征參數(shù)和輸入信號(hào)的形式?jīng)Q定的。用m或es表示，根據(jù)原理誤差的拉氏變換Ess=m*s-ms=m*s-Ws1+Wsm*s=m*s11+Ws （3）可知輸入信號(hào)是影響原理誤差的主要方面。比較常見的隨動(dòng)系統(tǒng)輸入信號(hào)有位置輸入、速度輸入和加速度輸入三種形式，三種輸入信號(hào)分別見圖2-8。圖2-8 典型輸入型號(hào)a)位置輸入 b)速度輸入 c)加速度輸入式（3）中的Ws為自整角機(jī)位置隨動(dòng)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)，可以簡(jiǎn)寫成如式（4）形式Ws=KobjSDsWAPRs （4）式中Kobj=KbsKphKsKgCe控制對(duì)象的總放大系數(shù)。若位置調(diào)節(jié)器選用P調(diào)節(jié)器，則 Ws=KNsSDs式中Ns、Ds常

20、數(shù)項(xiàng)為1的多項(xiàng)式。顯然，這時(shí)的Ws為型系統(tǒng)。若位置調(diào)節(jié)器選用PI或PID調(diào)節(jié)器時(shí) ，則 Ws=KNss2Ds這時(shí)的Ws為型系統(tǒng)。這是位置隨動(dòng)系統(tǒng)中開環(huán)傳遞函數(shù)常用的兩種結(jié)構(gòu)形式，統(tǒng)一用圖2-9表示圖2-9 隨動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)本次設(shè)計(jì)由于設(shè)定的是位置調(diào)節(jié)器采用PID調(diào)節(jié)器，且負(fù)載為雷達(dá)天線（見圖2-4），所以本次設(shè)計(jì)的自整角機(jī)位置隨動(dòng)系統(tǒng)為II型系統(tǒng)，輸入信號(hào)為加速度輸入。單位加速度輸入時(shí)m*s=1s3原理誤差 esa=lims0s1s3s2Dss2Ds+KNs=1k由上分析可看出，對(duì)于加速度輸入，型系統(tǒng)同樣適用，穩(wěn)態(tài)原理誤差與開環(huán)增益成反比。（3）擾動(dòng)誤差在分析原理誤差時(shí)，僅考慮了給定輸入信號(hào)的影

21、響，實(shí)際上隨動(dòng)系統(tǒng)所承受的各種擾動(dòng)都會(huì)影響到系統(tǒng)的跟蹤精度。位置隨動(dòng)系統(tǒng)中常見的擾動(dòng)如圖2-10所示。這些擾動(dòng)可分為負(fù)載擾動(dòng)、系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化時(shí)引起的增益變化以及電源電壓波動(dòng)、噪聲干擾三類，三種擾動(dòng)都作用在系統(tǒng)的前向通道上，只是作用點(diǎn)不同，所以它們的影響是相似的。下面以恒值負(fù)載擾動(dòng)為例來分析它對(duì)穩(wěn)態(tài)誤差的影響圖2-10位置隨動(dòng)系統(tǒng)的擾動(dòng)設(shè)作用在電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為TL，TL=CmIdL。其影響如圖2-11所示的負(fù)載電流IdL。其中W1s表示在IdL作用點(diǎn)以前的傳遞函數(shù)，W2s表示在IdL作用點(diǎn)以后的傳遞函數(shù)，其中包含一個(gè)積分環(huán)節(jié)。因此，對(duì)于型系統(tǒng)，W1s中不會(huì)再有積分環(huán)節(jié)；對(duì)于型系統(tǒng)W1s中

22、還有一個(gè)積分環(huán)節(jié)。圖2-11 負(fù)載擾動(dòng)對(duì)隨動(dòng)系統(tǒng)的影響當(dāng)m*=0時(shí)，只有負(fù)載擾動(dòng)輸入，則隨動(dòng)系統(tǒng)的輸出量只剩下負(fù)載擾動(dòng)誤差，可將圖2-11的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖改成圖2-13形式圖2-13負(fù)載擾動(dòng)下的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖利用結(jié)構(gòu)圖的反饋連接等效變換，可得-IdLsRTls+1=W2s1+W1sW2s令et表示由負(fù)載轉(zhuǎn)矩引起的擾動(dòng)誤差，則et= 。取拉氏變換，則 Ets=W2s1+W1sW2s-IdLsRTls+1對(duì)于單位恒值負(fù)載電流擾動(dòng)，IdLs=1s，此時(shí) Ets=W2s1+W1sW2s-1sRTls+1本次設(shè)計(jì)為II系統(tǒng)，所以可認(rèn)為 W1s=K1N1ssD1s ，W2s=K2N2ssD2s這時(shí)的擾動(dòng)誤差 et

23、=lims0-RTls+1K2N2ssD2s1+K1K2N1sN2ss2D1sD2s=0這表明，在II型系統(tǒng)中，由于調(diào)節(jié)器具有積分環(huán)節(jié)，使得恒值負(fù)載擾動(dòng)不再產(chǎn)生擾動(dòng)誤差。綜上可以看出本次設(shè)計(jì)的自整角機(jī)位置隨動(dòng)的系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差主要來自于檢測(cè)誤差和原理誤差。選擇檢測(cè)誤差小的自整角機(jī)和增大開環(huán)增益都可以減小系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差，但是不能完全消除誤差。2.4 位置隨動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)校正對(duì)穩(wěn)態(tài)誤差的分析也僅僅可以解決系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度問題。當(dāng)系統(tǒng)具有足夠的開環(huán)放大倍數(shù)可以保證所要求的穩(wěn)態(tài)精度，但放大倍數(shù)的增大又會(huì)影響到系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性；另外，隨動(dòng)系統(tǒng)對(duì)快速跟隨給定能力的要求很高，而系統(tǒng)中一些固有的小時(shí)間常數(shù)又限制著截止頻率的提高，因而也限制了系