隨動(dòng)系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)講義

1、小功率隨動(dòng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書天煌系統(tǒng)上海交通大學(xué)自動(dòng)化系目錄第fs分實(shí)驗(yàn)原理3一、概述3二、隨動(dòng)系統(tǒng)的限制原理與結(jié)構(gòu)組成31、測(cè)角裝置一正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器42、相敏整流器53、校正裝置74、功率放大器95、直流力矩電機(jī)10第二局部實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)13一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?3二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備13三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容13四、實(shí)驗(yàn)步驟141.部件及系統(tǒng)零位的調(diào)整142.部件靜特性的測(cè)量143.動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的測(cè)量164.穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)的測(cè)量175,串聯(lián)校正17五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求17六、思考題18七、頭驗(yàn)操作注息事項(xiàng)18八、經(jīng)受文獻(xiàn)18第一局部實(shí)驗(yàn)原理一、概述隨動(dòng)系統(tǒng)的輸出量是機(jī)械量位移、速度.檢測(cè)元件將輸出量變換成與輸入量同類型的信號(hào),并

2、進(jìn)行比擬,得出偏差信號(hào).系統(tǒng)根據(jù)偏差的性質(zhì)極性與大小進(jìn)行限制,限制的結(jié)果導(dǎo)致偏差的減少或消除,使系統(tǒng)的輸出量能快速、準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)輸入量信號(hào)的變化規(guī)律,這就是隨動(dòng)系統(tǒng)的限制任務(wù).在隨動(dòng)系統(tǒng)中,如果被限制量是機(jī)械位移或其導(dǎo)數(shù)時(shí),這類系統(tǒng)又稱為伺服系統(tǒng)Servosystem.隨著現(xiàn)代限制技術(shù)的開(kāi)展,隨動(dòng)系統(tǒng)已廣泛地應(yīng)用于軍事工業(yè)和民用工業(yè)等許多領(lǐng)域,例如機(jī)械制造工業(yè)中仿形銃床,數(shù)控機(jī)床的加工軌跡限制；軍事設(shè)施中火炮的瞄準(zhǔn),導(dǎo)彈的發(fā)射和制導(dǎo)等都是隨動(dòng)系統(tǒng)的具體應(yīng)用.隨動(dòng)系統(tǒng)有模擬式和數(shù)字式兩種類型,本實(shí)驗(yàn)是研究模擬式隨動(dòng)系統(tǒng)的性能分析和綜合校正方法,通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)鼙葦M全面地驗(yàn)證古典限制理論.二、隨動(dòng)系統(tǒng)的限

3、制原理與結(jié)構(gòu)組成位置隨動(dòng)系統(tǒng)是一種反響限制系統(tǒng),因此它有位置給定和位置反響的檢測(cè)裝置.通過(guò)檢測(cè)裝置將它們的差值轉(zhuǎn)換成具有一定精度的相應(yīng)電量,這就是位置偏差信號(hào).該偏差信號(hào)經(jīng)放大器放大后驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)向消除偏差的方向旋轉(zhuǎn),使被限制機(jī)械的實(shí)際位移能準(zhǔn)確地跟隨限制信號(hào)而變化.系統(tǒng)方框圖如圖1所示.圖1隨動(dòng)系統(tǒng)方框圖由于系統(tǒng)中有機(jī)械和電磁慣性,因而當(dāng)輸入量.i變化時(shí),輸出9o不會(huì)立即復(fù)現(xiàn)9i的變化規(guī)律,此時(shí).ow.i,即A.=0i-0oW0.檢測(cè)元件將偏差A(yù).轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓Ui,它經(jīng)鑒相器和功放等環(huán)節(jié)的處理后,輸出一個(gè)所需的直流電壓Um去驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī),使之朝著偏差減小的方向旋轉(zhuǎn),直到oo=0i為止

4、.如0i隨時(shí)間作某種函數(shù)變化時(shí),那么oo必將跟著.i作同樣規(guī)律的變化,這種現(xiàn)象人們稱之為隨動(dòng).實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的原理電路圖如圖2所示-36V4gH工圖2隨動(dòng)系統(tǒng)原理電路圖1、測(cè)角裝置一正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器是一種高精度的限制電機(jī),它在本實(shí)驗(yàn)中作為測(cè)量輸入軸與輸出軸間角差的傳感器.其原理和普通變壓器一樣,但結(jié)構(gòu)與普通變壓器不同,而與一般的限制電機(jī)一樣,由定子和轉(zhuǎn)子組成.定子由兩個(gè)匝數(shù)相同,空間位置互相垂直的繞組組成,轉(zhuǎn)子也由兩個(gè)匝數(shù)相同,空間位置互相垂直的繞組組成,定子和轉(zhuǎn)子間的氣隙磁場(chǎng)為嚴(yán)格的正弦分布.定子的兩個(gè)繞組有四個(gè)輸出端Di、D2、D3、D4；轉(zhuǎn)子的兩個(gè)繞組也有四個(gè)輸出端Z1、Z2、

5、Z3、Z4,它們分別與四個(gè)滑環(huán)連接,由四個(gè)電刷引出相應(yīng)的電信號(hào).本系統(tǒng)中采用一對(duì)旋轉(zhuǎn)變壓器來(lái)檢測(cè)輸入軸與執(zhí)行軸之間的角差,其測(cè)角原理電路如圖3所示.圖中,與輸入軸相連的旋轉(zhuǎn)變壓器稱為發(fā)送器,與執(zhí)行軸相聯(lián)的旋轉(zhuǎn)變壓器稱為接收器.接收器的輸出繞組D3、D4與相敏整流器的輸入端相連.假設(shè)在發(fā)送器的定子繞組Di、D2端施加激磁電壓為UzUmsin0t(1)式中：co0交流電源的角頻率；Um交流電源的幅值.如果忽略旋轉(zhuǎn)變壓器所產(chǎn)生的微小相移,那么接收器轉(zhuǎn)子的輸出誤差電壓Ui為一交流載波信號(hào),即UiKUmSin(io)sin0t(2)式中：f0=CO0/(2兀)為載波頻率.為減小變壓器旋轉(zhuǎn)電勢(shì)所產(chǎn)生的誤差

6、,一般f0為400Hz到500Hz,K為旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子與定子的匝數(shù)比.從式(2)可知,測(cè)角電路的輸出電壓Ui的相位與激磁電壓uz的相位相同；Ui的幅值為KUmSin(i0),它與角差的正弦成正比.Ui的正負(fù)反映了角差的極性,即.i與.o兩者間的領(lǐng)先與落后關(guān)系.假設(shè)使發(fā)送器勻速旋轉(zhuǎn),接收器靜止,那么角差A(yù).將從0.到360.之間均勻變化,示波器觀察到接收器的輸出電壓5的波形,如圖4所示.綜上所述,用一對(duì)正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器檢測(cè)誤差角的輸出電壓原理相當(dāng)于乘法調(diào)制器原理.調(diào)制器的輸出電壓Ui是輸入信號(hào)Umsin(A0)與交流載波信號(hào)sin(co0t)的乘積,其中Umsin(A0)為調(diào)制信號(hào),它是圖4中交

7、流載波的包絡(luò)線.圖4接收器輸出電壓Ui的波形在隨動(dòng)系統(tǒng)中,假設(shè)動(dòng)態(tài)誤差角與靜態(tài)誤差角之和的A9W200,那么輸出電壓Ui的大小與誤差角A0近似成線性關(guān)系,即(3)uiK1sin0t其中Ki=KUmA02、相敏整流器由于從旋轉(zhuǎn)變壓器得到的系統(tǒng)偏差信號(hào)為交流信號(hào),而系統(tǒng)中的校正裝置、功放和執(zhí)行元件都為直流信號(hào)工作器件,所以需有信號(hào)變換電路將以交流信號(hào)表示的偏差信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的正負(fù)、大小都可區(qū)分的直流信號(hào),以使后續(xù)環(huán)節(jié)能正常工作.相敏整流器就是起這樣的作用.本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用二極管全波相敏整流器,其原理電路如圖5所示.圖中四個(gè)參數(shù)相同的二極管D1、D2、D3、D4與四個(gè)阻值相同的電阻Ri、R2、R3、R

8、4按同一方向串聯(lián)成一閉合環(huán)路,環(huán)路的四個(gè)橋臂是對(duì)稱的.在它的一個(gè)對(duì)角線上加解調(diào)鼓勵(lì)電壓止,在另一個(gè)對(duì)角線上加輸入信號(hào)電壓Ui接收器的輸出電壓.一般要求鼓勵(lì)電壓Uz的幅值要比輸入信號(hào)Ui的幅值大一倍以上,橋臂中的電阻為限流電阻.U不圖5相敏整流器原理圖圖6相敏整流電壓波形鼓勵(lì)電壓Uz起著開(kāi)關(guān)作用,限制二極管導(dǎo)通和截止.當(dāng)輸入U(xiǎn)i=0時(shí),在鼓勵(lì)電壓的正半周時(shí)如圖5中的e為正,f為負(fù),二極管D3、D4導(dǎo)通,D1、D2截止.由于橋的4臂對(duì)稱,所以當(dāng)D3、D4導(dǎo)通時(shí),a點(diǎn)和g點(diǎn)是等電位.同理,在鼓勵(lì)電壓的負(fù)半周時(shí)e為負(fù),f為正,a點(diǎn)和g點(diǎn)也是等電位.這表示當(dāng)Ui=0時(shí),盡管開(kāi)關(guān)不斷地動(dòng)作,二極管中有電流

9、流過(guò),但負(fù)載電阻Rl中無(wú)電流流過(guò),輸出電壓Uo=0.當(dāng)JW0,假定Ui與解調(diào)鼓勵(lì)信號(hào)Uz是同相位如圖5所示的同名端,在電源正半周時(shí),在Uz的作用下,電橋右側(cè)的兩臂DiRi、D2R2截止,左兩臂D3R3、D4R4導(dǎo)通.輸入信號(hào)Ui極性上正、下負(fù),電流經(jīng)Ut的右半邊繞組和D3R3、負(fù)載Rl形成閉合回路,整流器的輸出電壓U°=IlRl,其極性上正、下負(fù).同理在電源負(fù)半周時(shí),電橋右側(cè)的兩臂DiRi、D2R2導(dǎo)通,左兩臂D3R3、D4R4截止.在Ui的作用下,電流經(jīng)Rl、DiRi及Ut的左半邊繞組形成閉合回路,輸出電壓U°=IlRl,其極性仍然是上正下負(fù).如果Ui與uz的相位相差18

10、0.,那么在電源正半周時(shí),仍然是電橋左兩臂導(dǎo)通,右兩臂截止.在Ui的作用下,電流經(jīng)Rl、D4R4及Ut的左半邊繞組構(gòu)成閉合回路,由于電流IL自下而上流過(guò)Rl,所以輸出電壓Uo改變了極性,即下負(fù)上正.同理,在電源負(fù)半周時(shí),Uo極性也是上負(fù)下正.綜上所述,在階躍信號(hào)輸入時(shí),相敏整流器的輸入和輸出電壓波形如圖6所示.由圖可見(jiàn),它是一全波脈動(dòng)電壓,其大小與輸入電壓Ui成正比,而極性與Ui的相位有關(guān).為使所得的整流電壓Uo為一平滑的直流信號(hào),通常在整流器的輸出端并一電容,以濾去脈動(dòng)的交流分量,獲得較平滑的直流信號(hào).由于相敏整流器中四只二極管是非線性元件,其正反向電阻隨其工作點(diǎn)的變化而變化,在理論推導(dǎo)該環(huán)

11、節(jié)的傳遞函數(shù)時(shí),用如圖7所示的等效電路來(lái)分析,從輸出端來(lái)看,有一個(gè)內(nèi)阻Ro(Row常數(shù)),該電路的傳遞函數(shù)為Uo(s)K2»RlRlRG(s)式中K2LTco-CUi(s)Tcs1RlRoRlRo由于濾波時(shí)間常數(shù)Tc很小,故可近似：G2(s)=K2a.t,圖7相敏整流器的等效電路圖相敏整流器在系統(tǒng)中的作用可近似為一個(gè)比例環(huán)節(jié).3、校正裝置為了滿足系統(tǒng)精度與系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的要求,通常需在系統(tǒng)中參加適宜的校正裝置.本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用串聯(lián)有源校正裝置,它在系統(tǒng)中連接位置的選擇應(yīng)考慮兩點(diǎn)：首先應(yīng)串接在系統(tǒng)偏差測(cè)量點(diǎn)之后和放大器之前的前向通道中；其次是只能接在傳遞直流信號(hào)的通道中.基于上述的考慮

12、,本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的校正裝置是串接在相敏整流器與功率放大器之間.在工業(yè)系統(tǒng)中常用的校正裝置有P、PI、PD和PID四種限制方式,現(xiàn)分別介紹如下：1、比例(P)限制器比例限制器的傳遞函數(shù)為Uc(s)GC(S)麗mKp(4)比例限制器的輸出信號(hào)Uc(t)成比例地、無(wú)延遲地反響系統(tǒng)輸入信號(hào)的變化規(guī)律,即(5)Uc(t)=KpUo(t)它的作用是增大系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益,以提升系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度,加快響應(yīng)速度.但過(guò)大的Kp通常會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能的惡化,甚至變?yōu)椴环€(wěn)定,因此這種限制器一般不單獨(dú)使用.圖8是比例限制器的電路圖.圖8比例限制器2、比例微分(PD)限制器PD限制器的輸出信號(hào)Uc(t)同時(shí)成比例地反響輸入信

13、號(hào)Uo(t)及其導(dǎo)數(shù),即Uc(t)KpUo(t)KpTddU0(t)(6)dt式中Kp為比例系數(shù),Td為微分時(shí)間常數(shù).與式(6)對(duì)應(yīng)的傳遞函數(shù)為Uc(s)Gc(s)Kp(1TdS)Uo(s)由于微分限制作用能反響輸入信號(hào)的變化趨勢(shì),在輸入信號(hào)變大之前,基于其敏感變化趨勢(shì)而具有的預(yù)見(jiàn)性,可為系統(tǒng)引入一個(gè)有效的早期修正信號(hào),以增強(qiáng)系統(tǒng)的阻尼,提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性.但是當(dāng)動(dòng)態(tài)過(guò)程接近于穩(wěn)態(tài),誤差信號(hào)變化不大或是變化緩慢時(shí),微分作用也就微缺乏道,所以微分作用不能單獨(dú)使用,它總是與比例作用結(jié)合起來(lái)使用.圖9為PD控制器的電路圖.圖9比例微分限制器3、比例積分(PI)限制器這種限制器的輸出Uc(t)同時(shí)成比例

14、地反響輸入信號(hào)Uo(t)及其對(duì)時(shí)間t的積分KptUc(t)KPUo(t)PoUo(t)dt(8)Ti式中Kp為比例系數(shù),Ti為積分時(shí)間常數(shù).與式(8)對(duì)應(yīng)的傳遞函數(shù)為Uc(s)1KP(1Tis)G(s)(-)Kp(1)(9)Uo(s)TisTis由式(9)可知,在系統(tǒng)中參加PI限制器后,其作用同積分環(huán)節(jié)與一階微分環(huán)節(jié)相串聯(lián)等效,其中積分環(huán)節(jié)的作用在于提升系統(tǒng)的類型號(hào),以消除或減小穩(wěn)態(tài)誤差,而一階微分環(huán)節(jié)的作用相當(dāng)于一個(gè)PD限制器,它可以提升系統(tǒng)的阻尼程度,從而保證閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性.圖10為PI限制器的電路圖.圖10比例積分限制器4、比例積分微分(PID)限制器這種限制器同時(shí)兼有PI和PD限制器

15、的作用,它的數(shù)學(xué)表達(dá)式為KPtdUo(t)Uc(t)KPUo(t)oUo(t)dtKPTd(10)Tidt對(duì)應(yīng)的傳遞函數(shù)2Uc(s)1KpTiTdss1Gc(s)Kp(1Tds)(1DUo(s)TisTs由式(11)可知,PID限制器除使系統(tǒng)的類型號(hào)提升外,還為系統(tǒng)提供兩個(gè)具有負(fù)實(shí)部的零點(diǎn),從而更有效地改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能.圖11為PID限制器的電路圖.圖11比例積分微分限制器4、功率放大器圖12為功率放大器的原理電路圖,其作用是給出足夠大的電流來(lái)驅(qū)動(dòng)直流力矩電機(jī).要求功放具有較低的輸出阻抗和較為了能與前級(jí)的校正裝置和后級(jí)的力矩電機(jī)較好的匹配,高的輸入阻抗.圖12功率放大器電路圖本實(shí)驗(yàn)采用OCL

16、準(zhǔn)互補(bǔ)推挽功率放大電路.以使輸出電壓或電流正負(fù)對(duì)稱,其工作原理是：Ti、T2為差放輸入級(jí),T4為共射放大級(jí)和T7T9、T8T10組成準(zhǔn)互補(bǔ)功率輸出級(jí).Ri和Di、D2確定基準(zhǔn)電壓并與T3、T5組成恒流源.T3提供差放級(jí)靜態(tài)電流,T5是共射放大級(jí)的有源負(fù)載.T6、R2、R3組成VBE恒壓偏置電路,為準(zhǔn)互補(bǔ)電路設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn),克服交叉失真.RB1和Rf分別構(gòu)成Ti、T2管的基流回路,且Rf構(gòu)成直流負(fù)反響,使整個(gè)電路的靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定.Rf和Ci、RB2又形成了交流電壓串聯(lián)負(fù)反響,使電壓放大倍數(shù)穩(wěn)定,輸入電阻增大,輸出電阻降低,非線性失真減小.功率放大器的電壓放大倍數(shù)的計(jì)算公式為RfRB2(5、直流力

17、矩電機(jī)本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的執(zhí)行元件是采用低轉(zhuǎn)速的力矩電機(jī),這就免去了用一般的直流伺服電動(dòng)機(jī)需要配置齒輪減速箱的麻煩.力矩電機(jī)的工作原理與普通的直流電動(dòng)機(jī)相同,為了在同樣體積與電樞電壓下降低轉(zhuǎn)速、增加力矩,通常把電機(jī)作成扁平型,并做成多極永磁式,無(wú)需激磁.為了減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng),電樞的槽數(shù)、換向片數(shù)和串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)設(shè)計(jì)得都比擬多.這種電機(jī)可長(zhǎng)期在堵轉(zhuǎn)狀態(tài)下運(yùn)行,輸出足夠大的轉(zhuǎn)矩而不致?lián)p壞電機(jī).此外,它的機(jī)械特性、調(diào)節(jié)特性及快速響應(yīng)性能都比擬好,因而適合于在位置伺服系統(tǒng)中作執(zhí)行元件用.力矩電機(jī)的電氣原理如圖i3所示,其數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)如下.由圖i3可知,電樞電路的微分方程為UmL-RiCe13dt式中：L電樞繞組的電感

18、H;i電樞繞組的電流A;R電樞繞組的電阻;Ce電動(dòng)勢(shì)常數(shù)VS/度；角速度°/s.根據(jù)動(dòng)力學(xué)方程得dMMLfJdt式中M=Cmi電磁力矩,單位kgmCm力矩常數(shù),單位kg-m/A圖13力矩電機(jī)的原理圖(14)f集中粘性摩擦系數(shù),單位kg-m-sMl負(fù)載力矩,單位kg-m消去式13、14中的中間變量i,并略去負(fù)載Ml,那么得JLd2Cmdt2LfJRd八RfCeCmCmdtCm(15)假設(shè)不考慮f的影響,將上式兩邊同除以Ce,并令TmJRCeCm電機(jī)的機(jī)電時(shí)間常數(shù),Tm=7.9msTl電機(jī)的電磁時(shí)間常數(shù),TL=0.525msR那么式15可改寫為Cedddt2Mdt(16)或?qū)懽?17)(

19、s)%e2UM(s)TMTLsTMs1由于Tl<<Tm,因而上式可近似為(18)根據(jù)上述各部件的數(shù)學(xué)模型.圖2所示的方框圖就變?yōu)閳D14所示.圖14實(shí)驗(yàn)隨動(dòng)系統(tǒng)的方框圖系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)KiK2K3K4K5s(Tms1)Ks(Tms1)(19)式中：K系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大系數(shù)s1;K1接收器輸出電壓與系統(tǒng)誤差角之間的傳遞系數(shù)V/度；K2相敏整流器輸出電壓與輸入電壓的傳遞系數(shù)；K3運(yùn)算放大器輸出電壓與輸入電壓的傳遞系數(shù)；K4功率放大器輸出電壓與輸入電壓的傳遞系數(shù)；K5力矩電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速與輸入電壓白傳遞系數(shù),即反電勢(shì)常數(shù)Ce的倒數(shù)rpm/V或度/s/V.必須指出,在推導(dǎo)上述各部件數(shù)學(xué)

20、模型時(shí),曾作了一些理想化的假設(shè),因此在討論實(shí)驗(yàn)所得的結(jié)果時(shí),那么需要考慮這些次要因素的影響.第二局部實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .通過(guò)實(shí)驗(yàn),進(jìn)一步了解直流隨動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理.2 .掌握直流隨動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)試技術(shù)和動(dòng)、靜態(tài)性能的測(cè)試方法.3 .通過(guò)實(shí)驗(yàn),初步掌握用時(shí)域或頻域分析法去分析和綜合隨動(dòng)系統(tǒng)的方法.4 .根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況,正確調(diào)試校正裝置的有關(guān)參數(shù),使校正后系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)性能指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求.二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備THBSD-1型直流隨動(dòng)系統(tǒng)；雙蹤慢掃描示波器一臺(tái)；十字螺絲刀一把；萬(wàn)用表一只；電腦一臺(tái)；三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1 .根據(jù)圖1和圖2所示實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的電路原理圖和方框圖,推導(dǎo)各部件的傳遞函數(shù).2 .

21、用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)定系統(tǒng)中各部件的靜態(tài)比例系數(shù).3 .計(jì)算系統(tǒng)出現(xiàn)臨界穩(wěn)定時(shí)的開(kāi)環(huán)增益K/o,據(jù)此調(diào)節(jié)系統(tǒng)中運(yùn)放的增益也然后在輸入軸靜止時(shí)啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),觀測(cè)系統(tǒng)的輸出是否出現(xiàn)等幅振蕩.4 .觀測(cè)階躍輸入時(shí)ioU(t)系統(tǒng)響應(yīng)的超調(diào)量p%,調(diào)整時(shí)間ts和穩(wěn)態(tài)誤差O5 .當(dāng)輸入iotU(t),0480/s時(shí),分別令校正裝置為p、pi和pid,用示波器觀察系統(tǒng)的跟蹤過(guò)程,并實(shí)測(cè)相應(yīng)的穩(wěn)態(tài)跟蹤誤差.6 .按指導(dǎo)老師對(duì)系統(tǒng)提出的動(dòng)、靜態(tài)性能指標(biāo)的要求,設(shè)計(jì)一串聯(lián)校正裝置,并由實(shí)驗(yàn)的結(jié)果檢驗(yàn)校正裝置的效果.例如令iotU(t),o480/s,要求設(shè)計(jì)一串聯(lián)校正裝置,使校正后系統(tǒng)的性能指標(biāo)為:穩(wěn)態(tài)跟蹤誤差90；

22、相位裕量300.7 .令iot,0480/s,要求設(shè)計(jì)一串聯(lián)校正裝置,使校正后系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)性能同時(shí)滿足以下要求：穩(wěn)態(tài)跟蹤誤差角0°相位裕量300.四、實(shí)驗(yàn)步驟1.部件及系統(tǒng)零位的調(diào)整為了使隨動(dòng)系統(tǒng)輸出的零位與輸入的零位相一致,必須保證閉環(huán)限制時(shí),發(fā)送器位置為零,接收器位置也為零.為此,每次實(shí)驗(yàn)測(cè)量前,除要求系統(tǒng)中各部件進(jìn)行零位調(diào)整外實(shí)驗(yàn)裝置出廠前已調(diào)好,還應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的零位每次實(shí)驗(yàn)后所產(chǎn)生的誤差,其步驟如下：1按圖1接好線后,將發(fā)送器和接收器的指針置于某個(gè)相同的刻度,并將M1速度調(diào)節(jié)電位器逆時(shí)針?lè)较蛐降?此時(shí)電機(jī)M1的角速度3=0.2合上電源開(kāi)關(guān),將跟蹤電機(jī)M2接入電路中,使系統(tǒng)運(yùn)

23、行在閉環(huán)狀態(tài).3稍微轉(zhuǎn)動(dòng)輸入軸,使跟蹤電機(jī)M2的電樞電流為零,此時(shí)發(fā)送器和接收器的指針應(yīng)指向同一刻度；否那么,用小螺絲刀調(diào)整接收器的指針,使兩指針位置完全相同.2.部件靜特性的測(cè)量部件靜特性的測(cè)量方法是在該部件的輸入端加一輸入量,然后測(cè)量其穩(wěn)態(tài)輸出值.靜態(tài)增益就是輸出與輸入量之比值.實(shí)驗(yàn)求取旋轉(zhuǎn)變壓器測(cè)角線路、相敏整流器、校正裝置和功率放大器的傳遞系數(shù)步驟：a、按圖2接好線后,將系統(tǒng)接成開(kāi)環(huán)狀態(tài)斷開(kāi)跟蹤電機(jī)與功放之間的連接線,合上電源開(kāi)關(guān).b、將發(fā)送器指針固定在某個(gè)位置,撥動(dòng)接收器指針,使接收器指針與發(fā)送器指針刻度接近,并使旋轉(zhuǎn)變壓器輸出電壓最小.c、順時(shí)針撥動(dòng)發(fā)送器指針,每增加5度,記錄下各

24、局部輸出電壓旋轉(zhuǎn)變壓器測(cè)角線路ui、相敏整流器Uo、校正裝置Uc和功率放大器Um),直至90.,然后以同樣的方式逆時(shí)針進(jìn)行.實(shí)驗(yàn)完畢后填寫下表：表設(shè)備號(hào)電機(jī)裝置編號(hào)：系統(tǒng)箱體編號(hào)：i(°)接收器輸出電壓Ui(V)相敏整流器輸出電壓Uo(V)運(yùn)算放大器輸出電壓Uc(V)功率放大器輸出電壓Uv(V)順時(shí)針逆時(shí)針順時(shí)針逆時(shí)針順時(shí)針逆時(shí)針順時(shí)針逆時(shí)針5°10°15°20°2530°35°40°45°50°55°60°65°70°75°80°85

25、°90°注意：求取傳遞系數(shù)時(shí),應(yīng)利用測(cè)得的數(shù)據(jù)將各環(huán)節(jié)的輸入-輸出特性曲線畫出后,取小信號(hào)線性段的模型作為該環(huán)節(jié)的模型.Ki(UiUi)/2-一(伏/度)K2UoUoUiUiK3UcUcUu7K4UcUc式中：U+一順時(shí)針撥動(dòng)發(fā)送器指針某一角度時(shí),各局部輸出電壓;U-一逆時(shí)針撥動(dòng)發(fā)送器指針某一角度時(shí),各局部輸出電壓.測(cè)量力矩電機(jī)的傳遞系數(shù),輸入量是電樞的電壓,輸出量是電機(jī)的轉(zhuǎn)速.首先在力矩電機(jī)的電樞兩端接入一電壓可調(diào)的直流電源Um和用來(lái)測(cè)量輸入電壓大小的電壓表,并用秒表測(cè)量輸出轉(zhuǎn)速的大小測(cè)量轉(zhuǎn)速時(shí)切勿接觸指針針尖,以免造成危險(xiǎn).給定一個(gè)輸入電壓Um,測(cè)量電機(jī)相應(yīng)的轉(zhuǎn)速no然后改變輸入電壓的極性,同樣測(cè)量電機(jī)電樞電壓與其轉(zhuǎn)速的關(guān)系,據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)畫出力矩電機(jī)調(diào)節(jié)特性曲線,并求出K5K53600(ni1)/2(度/秒/伏)Um式中Um力矩電機(jī)電樞電壓；ni力矩電機(jī)順時(shí)針每秒鐘轉(zhuǎn)數(shù)；n2力矩電機(jī)逆時(shí)針每秒鐘轉(zhuǎn)數(shù).測(cè)試隨動(dòng)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)變壓器測(cè)角線路、相敏整流器、校正裝置和功率放大器的傳遞系數(shù)時(shí),采用了同時(shí)測(cè)量的方法,這種測(cè)量方法有兩個(gè)優(yōu)