控制工程實(shí)驗(yàn)指示書

1、控制工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)指示書郭美鳳 趙長德 清華大學(xué)精密儀器與機(jī)械學(xué)系2003-5-5實(shí)驗(yàn)一 Matlab仿真實(shí)驗(yàn)一、基本實(shí)驗(yàn)1、 對于一階慣性系統(tǒng)當(dāng)分別取以下幾組參數(shù)時(shí)，試畫出系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲線、頻率特性乃氏圖和伯德圖。1) .K=1,T=10; 2).K=1,T=1; 3).K=1,T=0.12、 對于二階系統(tǒng) 分別就T=1和T=0.1，分別取0, 0.2, 0.5, 0.7, 1, 10時(shí)，畫出系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲線、頻率特性乃氏圖和伯德圖。3、 自構(gòu)造高階系統(tǒng)，試?yán)肕atlab軟件工具分析其時(shí)域、頻域特性。4、 對于下列系統(tǒng)，試畫出其伯德圖，求出相角裕量和增益裕量，并判其穩(wěn)定性（1） （2

2、） 二、結(jié)合“運(yùn)動控制系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)，熟悉MATLAB的控制系統(tǒng)圖形輸入與仿真工具SIMULINK。實(shí)驗(yàn)?zāi)康?） 熟悉直流伺服電機(jī)控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)模型；2） 根據(jù)給定的性能指標(biāo)，設(shè)計(jì)速度環(huán)與位置環(huán)的控制器參數(shù)。1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求2.1 速度環(huán)仿真實(shí)驗(yàn)圖1 雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)方框圖速度環(huán)的傳遞函數(shù)方框圖見圖1。測速發(fā)電機(jī)系數(shù) =0.02235V/=0.213，而電動機(jī)反電勢系數(shù) 0.213 ,所以 =550 0.5A/V測速機(jī)濾波時(shí)間常數(shù)（也可以重新設(shè)計(jì)）rad/s為電機(jī)轉(zhuǎn)速，最大轉(zhuǎn)速為1000rpm，反饋系數(shù)，為速度環(huán)的校正網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)為比例積分（PI）調(diào)節(jié)器時(shí)，其傳遞函數(shù)為 （1）當(dāng)為比例（P）調(diào)

3、節(jié)器時(shí)，其傳遞函數(shù)為 （2）1 給定速度環(huán)的性能指標(biāo)如下：1） 單位階躍響應(yīng)的超調(diào)量小于30；2） 單位階躍響應(yīng)的調(diào)整時(shí)間小于0.06s；3） 閉環(huán)帶寬不小于10Hz。當(dāng)速度環(huán)分別采用P與PI調(diào)節(jié)器時(shí)，設(shè)計(jì)滿足給定指標(biāo)的調(diào)節(jié)器參數(shù)。提示：有關(guān)參數(shù)的參考取值為：，。2 根據(jù)設(shè)計(jì)的調(diào)節(jié)器參數(shù)，給出速度環(huán)采用P與PI調(diào)節(jié)器時(shí)的波特圖，比較二者的穩(wěn)定裕量和剪切頻率。3 給出速度環(huán)分別采用P與PI調(diào)節(jié)器時(shí)的閉環(huán)頻率特性及頻域指標(biāo)（閉環(huán)帶寬，諧振峰值，諧振頻率）。4 比較速度環(huán)采用P與PI調(diào)節(jié)器時(shí)的階躍響應(yīng)及瞬態(tài)響應(yīng)指標(biāo)（超調(diào)量與調(diào)整時(shí)間）。2.2 位置環(huán)仿真實(shí)驗(yàn)位置環(huán)的傳遞函數(shù)方框圖見圖2。圖2中V為位

4、移命令輸入，mm為工作臺位移，V為電子電位計(jì)測得的工作臺位移電壓，為位置環(huán)的校正網(wǎng)絡(luò)，為速度環(huán)的閉環(huán)傳遞函數(shù)。當(dāng)為近似比例積分（PI）調(diào)節(jié)器時(shí)，其傳遞函數(shù)為 （3）當(dāng)為比例（P）調(diào)節(jié)器時(shí)，其傳遞函數(shù)為 （4）1. 給定位置環(huán)的性能指標(biāo)如下：1) 單位階躍響應(yīng)的超調(diào)量小于30；2) 單位階躍響應(yīng)的調(diào)整時(shí)間小于0.2s；3) 閉環(huán)帶寬不小于4Hz。當(dāng)位置環(huán)分別采用P與PI調(diào)節(jié)器時(shí)，設(shè)計(jì)滿足給定指標(biāo)的調(diào)節(jié)器參數(shù)。提示：1. 速度環(huán)可任選P或PI調(diào)節(jié)器（建議選PI調(diào)節(jié)器）； 2位置環(huán)調(diào)節(jié)器參數(shù)參考取值: ，。2. 根據(jù)設(shè)計(jì)的調(diào)節(jié)器參數(shù)，給出位置環(huán)采用P與PI調(diào)節(jié)器時(shí)的波特圖，比較二者的穩(wěn)定裕量和剪切頻

5、率。3. 給出位置環(huán)分別采用P與PI調(diào)節(jié)器時(shí)的閉環(huán)頻率特性及頻域指標(biāo)（閉環(huán)帶寬，諧振峰值，諧振頻率）。4. 比較位置環(huán)采用P與PI調(diào)節(jié)器時(shí)的階躍響應(yīng)及瞬態(tài)響應(yīng)指標(biāo)（超調(diào)量與調(diào)整時(shí)間）。關(guān)于伺服電機(jī)控制系統(tǒng)的詳細(xì)資料參見附錄1。實(shí)驗(yàn)二 直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 熟悉直流伺服電機(jī)控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)模型；2. 掌握速度環(huán)的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)調(diào)試方法，從而從理論與實(shí)際的結(jié)合上掌握自動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與校正方法。二、實(shí)驗(yàn)原理見附錄1三、實(shí)驗(yàn)要求 速度環(huán)的傳遞函數(shù)方框圖見下圖，因?yàn)殡姍C(jī)最大轉(zhuǎn)速1000rpm，故傳遞函數(shù)方框圖中加一飽和環(huán)節(jié)。當(dāng)為比例積分（PI）調(diào)節(jié)器時(shí)，其傳遞函數(shù)為 （1）當(dāng)為比例（

6、P）調(diào)節(jié)器時(shí)，其傳遞函數(shù)為 （2）1. 掌握速度反饋極性的判斷方法。2. 掌握速度環(huán)靜態(tài)傳遞特性的調(diào)試方法（例如輸入為9V。電機(jī)輸出為1000rpm）。3. 比較速度環(huán)采用P與PI調(diào)節(jié)器時(shí)的階躍響應(yīng)及瞬態(tài)響應(yīng)指標(biāo)（超調(diào)量與調(diào)整時(shí)間）。4. 測試速度環(huán)的靜態(tài)特性。5. 掌握數(shù)字記憶示波器記錄動態(tài)波形的使用方法。四、實(shí)驗(yàn)思考1 如何判斷系統(tǒng)的反饋極性？2 當(dāng)速度調(diào)節(jié)器采用比例環(huán)節(jié)時(shí)，把增益調(diào)節(jié)到最?。娢挥?jì)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動到頭），給定較低的速度，這時(shí)可以用手捏住電動機(jī)軸，使其轉(zhuǎn)速為0（盡管系統(tǒng)是一階無差系統(tǒng)）；但當(dāng)速度調(diào)節(jié)器采用PI環(huán)節(jié)時(shí)，即使用很大的勁，電動機(jī)仍然可以低速轉(zhuǎn)動！為什么？我們把轉(zhuǎn)速對于電

7、動機(jī)負(fù)載力矩的變化率叫做剛度。請分析采用兩種調(diào)節(jié)器時(shí)的系統(tǒng)剛度。3 不用測速發(fā)電機(jī)作為角速度測量元件，本實(shí)驗(yàn)還可以用什么作為速度反饋？4 當(dāng)不用速度反饋時(shí)，電動機(jī)使用電壓源驅(qū)動也可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，本實(shí)驗(yàn)中是否可只用比例環(huán)節(jié)組成速度調(diào)節(jié)器，使該運(yùn)算放大器的電壓極性不同改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)向，幅值不同而改變轉(zhuǎn)速？5 什么叫跨導(dǎo)放大器？電動機(jī)驅(qū)動什么時(shí)候用定壓源，什么時(shí)候用定流源？6 PWM方式與線性功率放大器（如OPA541,LM12）的驅(qū)動器各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？7 本實(shí)驗(yàn)為什么要把電動機(jī)到絲杠的連軸節(jié)斷開？8 你認(rèn)為TEK公司的TDS1000數(shù)字式記憶示波器應(yīng)用的關(guān)鍵是什么？9 當(dāng)示波器探頭選擇10：1時(shí)，其

8、等值電路是什么？傳遞函數(shù)為0.1的條件是什么?五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1. 速度環(huán)靜態(tài)特性曲線。2. 速度環(huán)動態(tài)特性曲線。3. 采用P和PI調(diào)節(jié)器時(shí)，給出速度環(huán)的數(shù)學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上，理解速度環(huán)的構(gòu)成。4. 與實(shí)驗(yàn)一的仿真結(jié)果相對照。5. 分析在有干擾力矩作用下，速度的變化。實(shí)驗(yàn)三 直流電動機(jī)位置伺服系統(tǒng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 熟悉直流伺服電機(jī)控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)模型；2. 掌握位置環(huán)的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)調(diào)試方法，從而從理論與實(shí)際的結(jié)合上掌握自動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與校正方法。二、實(shí)驗(yàn)原理見附錄1三、實(shí)驗(yàn)要求 位置環(huán)的傳遞函數(shù)方框圖見下圖，V為位移命令輸入，mm為工作臺位移，V為電子電位計(jì)測得的工作臺位移電壓，為位置

9、環(huán)的校正網(wǎng)絡(luò)，為速度環(huán)的閉環(huán)傳遞函數(shù)。當(dāng)為近似比例積分（PI）調(diào)節(jié)器時(shí)，其傳遞函數(shù)為 （1）當(dāng)為比例（P）調(diào)節(jié)器時(shí)，其傳遞函數(shù)為 （2）1. 了解位置反饋的原理。2. 根據(jù)已有的速度環(huán)數(shù)學(xué)模型，和位置環(huán)的指標(biāo)，設(shè)計(jì)和調(diào)試位置調(diào)節(jié)器的參數(shù)。3. 比較位置環(huán)采用P與PI調(diào)節(jié)器時(shí)的階躍響應(yīng)及瞬態(tài)響應(yīng)指標(biāo)（超調(diào)量與調(diào)整時(shí)間）。4. 測試位置環(huán)的靜態(tài)特性。四、實(shí)驗(yàn)思考1 CPLD是什么器件？采用光電編碼器作為位置反饋是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)普遍采用的方法，為了與“機(jī)電控制系統(tǒng)”課程實(shí)驗(yàn)兼容，“控制工程基礎(chǔ)”實(shí)驗(yàn)也采用了此元件，但利用CPLD和D/A轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)線性位置反饋，計(jì)數(shù)器復(fù)位時(shí)，該計(jì)數(shù)器值是XXXXH?對應(yīng)

10、的D/A值是多少？位置反饋系數(shù)如何分析計(jì)算？2 根據(jù)光電編碼器的那2個(gè)信號可以判斷轉(zhuǎn)向？3 運(yùn)算放大器，功率放大器、電動機(jī)轉(zhuǎn)速都具有飽和特性，試根據(jù)您采用的位置調(diào)節(jié)器參數(shù)分析位置伺服系統(tǒng)的線性范圍！4 實(shí)際系統(tǒng)中最大加速度和最大速度都是有限制的，那么從X1到X2點(diǎn)的單軸運(yùn)動最佳運(yùn)動規(guī)律是什么？5 這個(gè)實(shí)驗(yàn)的連軸節(jié)什么時(shí)候可以連接上？6 根據(jù)上述，您采用比例位置調(diào)節(jié)器時(shí)，觀察給定階躍電壓在為多少V時(shí)？測速機(jī)電壓的波形就會飽和，同時(shí)觀察位置反饋電壓的變化波形，說明很長一段時(shí)間系統(tǒng)勻速運(yùn)動，這時(shí)不能用線性系統(tǒng)分析了，請考慮系統(tǒng)的飽和特性，用MATLAB仿真！7 如果加上積分校正，位置會產(chǎn)生過沖？為什

11、么？機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)是否允許過沖？8 系統(tǒng)的靜態(tài)傳遞系數(shù)（輸入1V單軸工作臺移動的位移）如何計(jì)算？取決于什么？9 系統(tǒng)位置環(huán)，速度環(huán)，電流環(huán)（力矩環(huán)）各有什么特點(diǎn)？其頻帶如何分布？10 試畫出利用現(xiàn)在的元部件加上計(jì)算機(jī)組成數(shù)字式位置控制系統(tǒng)的原理圖？系統(tǒng)分辨率能夠達(dá)到多高？11對于運(yùn)動控制來說，什么叫全閉環(huán)？什么叫半閉環(huán)？五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1. 位置環(huán)靜態(tài)特性曲線。2. 位置環(huán)動態(tài)特性曲線。3. 采用P調(diào)節(jié)器時(shí)，給出位置環(huán)的數(shù)學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上，理解位置環(huán)的構(gòu)成。4. 與實(shí)驗(yàn)一的仿真結(jié)果相對照。附：運(yùn)動控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備說明書控制工程基礎(chǔ)課程運(yùn)動控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備說明書趙長德 董景新 張冠斌 編寫 一、

12、 概 述運(yùn)動控制系統(tǒng)是指通過電動或液動執(zhí)行環(huán)節(jié)（大部分采用電動執(zhí)行部件，功率大的則采用液壓傳動，在食品、醫(yī)藥工業(yè)中也往往采用氣動元件），控制一維乃至多維旋轉(zhuǎn)或直線運(yùn)動控制對象的控制系統(tǒng)。例如跟蹤目標(biāo)運(yùn)動的炮描雷達(dá)，進(jìn)行圓周掃描的警戒雷達(dá)，各種武器的發(fā)射架，三座標(biāo)測量機(jī)，機(jī)器人和機(jī)械手的運(yùn)動控制，數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)，PCB板電子元件插件機(jī)，精密轉(zhuǎn)臺和工作臺等等。運(yùn)動控制系統(tǒng)已經(jīng)成為精密儀器設(shè)備的一個(gè)重要方面，是先進(jìn)制造系統(tǒng)中的重要組成部分，反映了一個(gè)國家的高科技水平。 這種機(jī)電控制系統(tǒng)目前廣泛采用模擬控制或計(jì)算機(jī)控制，直流或交流伺服電機(jī)做為執(zhí)行部件?！翱刂乒こ袒A(chǔ)”課程中的基本要求是，通過講課、控

13、制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、MATLAB仿真和實(shí)驗(yàn)掌握電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)的基本概念，掌握調(diào)試速度環(huán)、位置環(huán)的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)調(diào)試方法，從而從理論與實(shí)際的結(jié)合上掌握自動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與校正方法。在研究生的“機(jī)電系統(tǒng)控制工程”課程中則要求在電流環(huán)基礎(chǔ)上，利用數(shù)字反饋組成計(jì)算機(jī)控制的位置伺服系統(tǒng)，編寫數(shù)字PID程序，進(jìn)行位置伺服系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。從而掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成、數(shù)字PID校正算法和實(shí)驗(yàn)調(diào)試的方法。（一）、直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)直流伺服電動機(jī)廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備的驅(qū)動系統(tǒng)中。圖1為小功率直流電動機(jī)雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的原理圖，采用的是直流電動機(jī)¾測速發(fā)電機(jī)的機(jī)組。所謂雙環(huán)指的是電流環(huán)和速度環(huán)，這是電力拖動和機(jī)電控制領(lǐng)

14、域內(nèi)普遍采用的技術(shù)。 圖1 直流電動機(jī)雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理圖 下面介紹實(shí)驗(yàn)用調(diào)速系統(tǒng)的組成： 1 主要元部件 直流伺服電動機(jī)¾測速發(fā)電機(jī)的機(jī)組：該機(jī)組型號為70SZD01CF24MB，直流伺服電動機(jī)外徑70,額定功率100W，額定轉(zhuǎn)速1000，額定電壓30V,額定電流4.5A,額定轉(zhuǎn)矩1，峰值轉(zhuǎn)矩8，電樞電阻1.7，電樞電感3.7,轉(zhuǎn)動慣量292，機(jī)電時(shí)間常數(shù)9.2（毫秒）。同軸還安裝了測速發(fā)電機(jī), 外徑也是70，其斜率為 24V/1000，允許帶10負(fù)載。其轉(zhuǎn)動慣量為100?？紤]到轉(zhuǎn)動慣量的增加，實(shí)際的機(jī)電時(shí)間常數(shù)為12.4。同軸還連接一個(gè)光電編碼器，500脈沖/每轉(zhuǎn),電源5V,輸出T

15、TL電平信號,分A,B,Z三種信號。其中A,B兩組信號相差90度相位，A超前B表示正轉(zhuǎn)，B超前A表示反轉(zhuǎn)，Z是每轉(zhuǎn)發(fā)出一個(gè)零位信號。電機(jī)機(jī)組外形圖見圖2所示。圖2 伺服電動機(jī)測速發(fā)電機(jī)光電編碼器機(jī)組圖 單軸運(yùn)動工作臺 外形見圖3所示，滾動絲杠傳動，螺距2，整個(gè)行程200，或。電機(jī)通過撓性連軸節(jié)與工作臺的絲杠連接，當(dāng)調(diào)試速度環(huán)時(shí)應(yīng)該脫開連軸節(jié)（需要用專用工具），位置環(huán)調(diào)試好才需要連接。為防止沖過行程，在處加上行程保護(hù)開關(guān)（使用常閉觸點(diǎn)）。圖3 單軸工作臺外形圖 PWM功率放大器 見網(wǎng)絡(luò)課件 PWM功放 霍爾電流傳感器 見網(wǎng)絡(luò)課件 霍爾傳感器 電流環(huán)（跨導(dǎo)功率放大器）的分析與設(shè)計(jì)采用高精度運(yùn)算放大

16、器組成PI電流調(diào)節(jié)器，其輸出送給脈寬調(diào)制器的輸入，其電路原理圖見4所示。運(yùn)算放大器的反饋回路中的電阻和組成比例積分校正，其傳遞函數(shù)為圖4 電流調(diào)節(jié)器電路原理圖 1-6圖中Ui為電流環(huán)的輸入，接在速度調(diào)節(jié)器的輸出。為霍爾電流傳感器采樣電阻上的電壓，由于為1，遠(yuǎn)小于。另外在兩個(gè)電阻之間加一個(gè)濾波電容,濾波時(shí)間常數(shù)。故電流環(huán)的傳遞函數(shù)圖如圖5所示。圖5 電流環(huán)傳遞函數(shù)圖 為保證電流環(huán)的穩(wěn)定性和快速性，系統(tǒng)按二階最佳模型設(shè)計(jì)，并令，此時(shí)系統(tǒng)成為 I 型系統(tǒng)，電流環(huán)的速度品質(zhì)系數(shù)為 1-7式中，是校正輸出電壓到電樞電壓的平均電壓的平均增益 ，即 適當(dāng)選擇電流環(huán)的各個(gè)參數(shù)，讓，,這時(shí)電流環(huán)的通頻帶為。對于

17、所使用的PWM放大器，從電流調(diào)節(jié)器輸入到電樞電流輸出的傳遞系數(shù)（跨導(dǎo)系數(shù)）為 = 1-8如果選采樣電阻為2000，則0.5A/V。輸入電壓范圍為,故電機(jī)電流可達(dá)到。為保護(hù)放大器，實(shí)際限制在。為什么需要電流環(huán)呢?因?yàn)殡姍C(jī)的力矩與其電樞電流成正比,控制電機(jī)的電流就等于控制了電機(jī)的力矩,即控制運(yùn)動對象的加速度。有些系統(tǒng)可能工作在力矩狀態(tài),例如力矩平衡系統(tǒng),電動扳手等。在調(diào)速系統(tǒng)中，啟動和制動往往要求恒加速度，其速度波形則為梯形波。 實(shí)際使用的跨導(dǎo)放大器 實(shí)驗(yàn)所用的PWM功率放大器是桂林星辰電力電子公司的SC5HC601型，其外形圖見圖6所示。放大器輸出最大電流5A，輸出電壓最大60V。放大器頻帶接近

18、1000Hz，增益為0.5A/V。電氣接線圖見圖7所示。實(shí)驗(yàn)所用H橋的直流電源是通過220V/25V，50Hz的隔離變壓器副邊電壓提供的(內(nèi)部經(jīng)過全橋整流濾波)，另外220V工頻電壓也經(jīng)過航空插座送入，供內(nèi)部電子線路的、5V電源使用。圖6 跨導(dǎo)功率放大器外形圖圖7 SC5HC601電氣聯(lián)線圖放大器有一個(gè)10芯的航空插座，其3、6引腳為動力變壓器副邊電壓（25V，50 Hz），其9、10引腳為220V, 50HzD50Hz電源輸入，5、8引腳為電機(jī)電樞引線。放大器還有一個(gè)25芯D型插座，其13、25為控制輸入（25引腳為輸入地），但這個(gè)輸入經(jīng)過BB公司的隔離放大器送入放大器內(nèi)部的，故25引腳不等

19、于其內(nèi)部模擬地17引腳。1腳為內(nèi)部12V電源引腳，11為使能輸入，11引腳與1短路即為使能（EN=1）,斷開則放大器不工作，所以行程限位開關(guān)也串連在使能回路中。其它引腳沒有接出。為消除PWM對速度環(huán)，位置環(huán)調(diào)節(jié)器等電子線路干的擾，在電樞回路中還串連接入高頻隔離電感，以提高電磁兼容性能。2 速度環(huán)介紹為了實(shí)驗(yàn)調(diào)試方便，制作了運(yùn)動控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)箱，其外形圖如圖8所示，面板圖如圖9所示。圖8 運(yùn)動控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱外形圖圖9 運(yùn)動控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱面板圖 測速發(fā)電機(jī)原理及其濾波 該部件同軸安裝在電機(jī)上，其定子是永磁的，故發(fā)電機(jī)的電壓，式中是電動機(jī)測速機(jī)組的轉(zhuǎn)速。為了濾除發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的齒諧波，如同電流調(diào)節(jié)器 一

20、樣，在反饋回路中加入阻容網(wǎng)絡(luò)，組成低通濾波器。 速度調(diào)節(jié)器 見圖10所示，速度調(diào)節(jié)器也是一個(gè)有源PI校正裝置。圖10 速度調(diào)節(jié)器電路圖 ,式中 ,，2=39 速度環(huán)分析與設(shè)計(jì) 雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的傳遞函數(shù)方框圖見圖11所示，但由于電流環(huán)的頻帶接近1，而速度環(huán)的通頻帶要小很多倍，故可認(rèn)為電流環(huán)是一個(gè)比例環(huán)節(jié)。另外，由于電流環(huán)本身是一階無差系統(tǒng)，故電機(jī)的反電勢可以忽略不計(jì)，這樣圖11可簡化為圖12。 圖11 雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)方框圖 圖12 雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)簡化方框圖 下面求校正前固有的開環(huán)傳遞函數(shù)，已知：測速發(fā)電機(jī)系數(shù) =0.02235V/=0.213，而電動機(jī)反電勢系數(shù) 0.213 ,所以 =550 0.5A

21、/V 測速機(jī)濾波時(shí)間常數(shù)（也可以重新設(shè)計(jì)） ，于是，系統(tǒng)固有部分開環(huán)傳遞函數(shù)為（假定測速反饋衰減系數(shù) » 式中，»59 系統(tǒng)期望頻率特性為典型高階最佳，其傳遞函數(shù)為 1-9式中，,可以選擇R,，畫出系統(tǒng)希望的Bode圖，使系統(tǒng)滿足指標(biāo)。并利用MATLAB仿真，計(jì)算系統(tǒng)校正裝置參數(shù)，再到實(shí)驗(yàn)室調(diào)試，測試速度環(huán)的靜特性和動特性。在測速反饋衰減系數(shù)的情況下，速度環(huán)靜態(tài)傳遞系數(shù)為左右，對于角速度的增益為。為了能夠使電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到或超過1000，可把調(diào)到0.5左右,這時(shí)。（二）電壓位置隨動系統(tǒng)1 位置環(huán)原理位置環(huán)原理圖見圖13 圖13 電壓位置隨動系統(tǒng)原理圖 但由于安裝200毫米的直線電位計(jì)比較困難，而且觸點(diǎn)容易磨損，并且考慮到計(jì)算機(jī)位置伺服系統(tǒng)的需要，采用安裝在電機(jī)軸上的光電編碼器作為位置反饋元件。直接安裝在工作臺上的位置反饋稱為全閉環(huán)，而安裝在電機(jī)軸上的位置反饋稱為半閉環(huán)。這樣聯(lián)軸節(jié)和機(jī)械傳動部分的傳遞函數(shù)不在閉環(huán)系統(tǒng)內(nèi)，系統(tǒng)容易穩(wěn)定，也便于調(diào)試和維護(hù)，運(yùn)行穩(wěn)定。2 位置環(huán)介紹 位置反饋電子電位計(jì) 利用光電編碼器的信號送給ALTER公司的CPLD，其輸出的二進(jìn)制信號加給AD669十六位數(shù)模轉(zhuǎn)換器，輸出10V左右的電壓。CPLD內(nèi)部設(shè)計(jì)成16位的可逆計(jì)數(shù)器，復(fù)位時(shí)為7FFFH,此時(shí)電壓為0V，其計(jì)數(shù)范圍為0000H