小功率隨動(dòng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1小功率隨動(dòng)系統(tǒng)小功率隨動(dòng)系統(tǒng)(xtng)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)第一頁，共84頁。2第2頁/共84頁第二頁，共84頁。 儀表工業(yè)中各種( zhn)記錄儀的筆架控制，如溫度記錄儀、計(jì)算機(jī)外部設(shè)備中的X Y記錄儀，各種( zhn)繪圖機(jī)以及計(jì)算機(jī)磁盤驅(qū)動(dòng)器的磁頭定位控制。X-Y函數(shù)記錄儀是一種最常用的通用筆式記錄儀。其x、y軸各由一套獨(dú)立的隨動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，使記錄筆能在記錄紙上精確(jngqu)記錄函數(shù)曲線。3第3頁/共84頁第三頁，共84頁。4第4頁/共84頁第四頁，共84頁。 主要包括：檢測裝置、信號(hào)轉(zhuǎn)換電路、放大裝置、補(bǔ)償裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電源裝置和被控對(duì)象等部分。1)檢測裝置用來檢測輸入信號(hào)和系統(tǒng)輸出(

2、shch)；2)放大裝置將控制信號(hào)進(jìn)行功率放大；3)執(zhí)行部件主要實(shí)現(xiàn)機(jī)電轉(zhuǎn)換，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械位移；4)信號(hào)轉(zhuǎn)換線路和補(bǔ)償裝置實(shí)現(xiàn)各部件信號(hào)之間有效匹配，使系統(tǒng)具有良好的工作品質(zhì)。5)此外，各部分都離不開相應(yīng)的能源設(shè)備、保護(hù)裝置、控制設(shè)備和其他輔助設(shè)備。5第5頁/共84頁第五頁，共84頁。電位器式的小功率(gngl)位置隨動(dòng)伺服系統(tǒng)的原理圖（1）位置檢測器 （2）電壓(diny)比較放大器 （3）電力電子變換器 （4）伺服電機(jī)（5）減速器與負(fù)載6第6頁/共84頁第六頁，共84頁。7第7頁/共84頁第七頁，共84頁。8第8頁/共84頁第八頁，共84頁。9第9頁/共84頁第九頁，共84頁。10第

3、10頁/共84頁第十頁，共84頁。11第11頁/共84頁第十一頁，共84頁。12第12頁/共84頁第十二頁，共84頁。13第13頁/共84頁第十三頁，共84頁。數(shù)數(shù)字字式式 模模擬擬式式 增增量量式式 絕絕對(duì)對(duì)式式 增增量量式式 絕絕對(duì)對(duì)式式 回回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)式式 脈脈沖沖編編碼碼盤盤 圓光柵 絕對(duì)式脈沖編碼盤 旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變壓壓器器 圓感應(yīng)同步器 圓磁尺 三速圓感應(yīng)同步器 直直線線式式 直直線線光光柵柵 激光干涉儀 多通道透射光柵 直直線線感感應(yīng)應(yīng)同同步步器器 磁尺 三速感應(yīng)同步器 絕對(duì)磁尺 具體應(yīng)用時(shí)，需要根據(jù)(gnj)控制精度的要求，安裝位置和形式，輸出信號(hào)的要求，選擇適合的檢測裝置14第14頁/

4、共84頁第十四頁，共84頁。15152022-6-23脈沖(michng)編碼器旋轉(zhuǎn)(xunzhun)變壓器直線(zhxin)光柵感應(yīng)同步器15第15頁/共84頁第十五頁，共84頁。16第16頁/共84頁第十六頁，共84頁。171717172022-6-23實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康? :1 1熟悉隨動(dòng)系統(tǒng)的組成熟悉隨動(dòng)系統(tǒng)的組成原理及各部分的傳遞函數(shù)；原理及各部分的傳遞函數(shù)；4 4通過輸入斜坡通過輸入斜坡(xip)(xip)信號(hào)，觀察隨動(dòng)系統(tǒng)的跟信號(hào)，觀察隨動(dòng)系統(tǒng)的跟蹤性能蹤性能. .17第17頁/共84頁第十七頁，共84頁。181818182022-6-23（1） 直流小功率直流小功率(gngl)隨

5、動(dòng)系統(tǒng)控隨動(dòng)系統(tǒng)控制器制器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)(shyn)(shyn)設(shè)備設(shè)備組成組成: :18第18頁/共84頁第十八頁，共84頁。19192022-6-23（2）機(jī)電(jdin)部分：電機(jī)機(jī)組（永磁直流力矩電機(jī)+測速發(fā)電機(jī)），旋轉(zhuǎn)變壓器，旋轉(zhuǎn)電位器，負(fù)載轉(zhuǎn)盤19第19頁/共84頁第十九頁，共84頁。202020202022-6-23實(shí)驗(yàn)(shyn)裝置控制原理前置前置放大器放大器串聯(lián)串聯(lián)校正校正功率功率放大器放大器執(zhí)行執(zhí)行電機(jī)電機(jī)反饋反饋校正校正（速度反饋（速度反饋）解調(diào)解調(diào)濾波器濾波器交流交流放大器放大器旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)變壓器變壓器（位置反饋）（位置反饋） Usr-Usc-Uf采用閉環(huán)負(fù)反饋控制的結(jié)構(gòu)，在輸

6、入(shr)端比較給定量和反饋量，再使用誤差控制方式進(jìn)行控制。20第20頁/共84頁第二十頁，共84頁。2121若不斷改變給定信號(hào)(xnho)，則電機(jī)隨之做相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)。21212022-6-2321第21頁/共84頁第二十一頁，共84頁。22222222前置前置(qin zh)放大器放大器串聯(lián)串聯(lián)(chunlin)校正環(huán)節(jié)校正環(huán)節(jié)功率功率(gngl)放大器放大器直流力矩電機(jī)直流力矩電機(jī)旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器交流放大器交流放大器解調(diào)器解調(diào)器濾波器濾波器射極輸出器射極輸出器2射極輸出器射極輸出器1基準(zhǔn)電路基準(zhǔn)電路并聯(lián)校正環(huán)節(jié)并聯(lián)校正環(huán)節(jié)測速發(fā)電機(jī)測速發(fā)電機(jī)輸入信號(hào)輸入信號(hào)主反饋信號(hào)主反饋信號(hào)電路原理

7、圖電流反饋電流反饋22第22頁/共84頁第二十二頁，共84頁。2323輸入信號(hào)(xnho)產(chǎn)生電路施密特觸發(fā)器（輸入施密特觸發(fā)器（輸入(shr)三角波，輸出方波）三角波，輸出方波）密勒積分器（輸入方波，輸出密勒積分器（輸入方波，輸出(shch)三角波）三角波）射極輸出器射極輸出器射極輸出器射極輸出器調(diào)節(jié)三角波調(diào)節(jié)三角波方波頻率方波頻率（Wv）調(diào)節(jié)三角波幅值調(diào)節(jié)三角波幅值調(diào)節(jié)方波幅值調(diào)節(jié)方波幅值調(diào)節(jié)常值大小調(diào)節(jié)常值大小Wc23第23頁/共84頁第二十三頁，共84頁。242424第24頁/共84頁第二十四頁，共84頁。2525R11R10RkUtp1Utp2-Utp925第25頁/共84頁第二十五

8、頁，共84頁。262626262022-6-23有源串聯(lián)(chunlin)校正 11)(TsssGc)65(46454()43(34333(CCRTCRTCRTCCRCRCR或或或或26第26頁/共84頁第二十六頁，共84頁。27271) 1()(TssKsGccTT27第27頁/共84頁第二十七頁，共84頁。282828第28頁/共84頁第二十八頁，共84頁。2929器，同時(shí)與旋轉(zhuǎn)變壓器同軸連接，并帶動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)，使得旋轉(zhuǎn)變壓器原邊和副邊產(chǎn)生角度差( )( )(1)MMKsU ss T s29第29頁/共84頁第二十九頁，共84頁。303030第30頁/共84頁第三十頁，共84頁。3131202

9、2-6-23工作原理：1）需要輸入繞組通入1KHZ的交流電壓作為激磁電壓；2）若轉(zhuǎn)子(zhun z)轉(zhuǎn)動(dòng)，則輸入與輸出繞組之間出現(xiàn)角度，輸出繞組則輸出1KHZ的交流電壓，幅值隨著轉(zhuǎn)角變化，例如： xxKU )sin(xU31第31頁/共84頁第三十一頁，共84頁。3232函數(shù)函數(shù)(hnsh)(hnsh)發(fā)生器產(chǎn)生發(fā)生器產(chǎn)生1Khz1Khz正弦波信正弦波信號(hào)號(hào)倒相放大倒相放大(fngd)后分成兩路輸后分成兩路輸出出射極輸出器射極輸出器加到基準(zhǔn)電路的加到基準(zhǔn)電路的1KHz信號(hào)信號(hào)功率放大器功率放大器勵(lì)磁電壓勵(lì)磁電壓,幅值幅值12.2v,頻率頻率1KHZ正弦信號(hào)正弦信號(hào)32第32頁/共84頁第三十二

10、頁，共84頁。33332022-6-2333第33頁/共84頁第三十三頁，共84頁。3434xxKU 34第34頁/共84頁第三十四頁，共84頁。353535第35頁/共84頁第三十五頁，共84頁。36361STKLL36第36頁/共84頁第三十六頁，共84頁。3737 (a)輸入信號(hào)(xnho)與基準(zhǔn)信號(hào)(xnho)同相(b)輸入信號(hào)(xnho)與基準(zhǔn)信號(hào)(xnho)反相3）當(dāng)輸入信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)同相時(shí)，輸出為正極性的信號(hào)，反之，則輸出負(fù)）當(dāng)輸入信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)同相時(shí)，輸出為正極性的信號(hào)，反之，則輸出負(fù)極性的信號(hào)，輸出信號(hào)大小取決于輸入信號(hào)的幅值；極性的信號(hào)，輸出信號(hào)大小取決于輸入信號(hào)的幅值；4

11、）信號(hào)再通過濾波器，濾波器為低通濾波器，可將高頻）信號(hào)再通過濾波器，濾波器為低通濾波器，可將高頻(o pn)噪聲濾噪聲濾掉，同時(shí)作為反相器，輸出系統(tǒng)的反饋信號(hào)掉，同時(shí)作為反相器，輸出系統(tǒng)的反饋信號(hào) 。37第37頁/共84頁第三十七頁，共84頁。3838Kx-NoImage srUsc)1(STSKMM2K1K3K1STKLL115433SCRSCR代入傳遞函數(shù)的隨動(dòng)閉環(huán)系統(tǒng)(xtng)Kx38第38頁/共84頁第三十八頁，共84頁。39393939射極輸出射極輸出(shch)器器角位置角位置(wi zhi)輸入輸入反饋反饋(fnku)校校正環(huán)節(jié)正環(huán)節(jié)測速發(fā)電機(jī)測速發(fā)電機(jī)電流反饋電流反饋旋轉(zhuǎn)式電

12、位器旋轉(zhuǎn)式電位器射極輸出器射極輸出器39第39頁/共84頁第三十九頁，共84頁。40第40頁/共84頁第四十頁，共84頁。414141412022-6-2341第41頁/共84頁第四十一頁，共84頁。4242 未加校正(jiozhng)系統(tǒng)方塊圖2.1 測試系統(tǒng)(xtng)每個(gè)環(huán)節(jié)的參數(shù)和確定開環(huán)放大倍數(shù)Kx-Usr42第42頁/共84頁第四十二頁，共84頁。43432022-6-233 .57/UKx43第43頁/共84頁第四十三頁，共84頁。444444442022-6-23輸入輸入(shr)信信號(hào)為號(hào)為0電源開關(guān)電源開關(guān)設(shè)置設(shè)置(shzh)“開環(huán)開環(huán)”設(shè)置設(shè)置“外接外接”輸入輸入(shr

13、)信號(hào)信號(hào)實(shí)驗(yàn)箱設(shè)置第44頁/共84頁第四十四頁，共84頁。454545452022-6-231.找到旋變的實(shí)找到旋變的實(shí)際零點(diǎn)，其對(duì)應(yīng)際零點(diǎn)，其對(duì)應(yīng)的電壓最小；的電壓最?。?.在實(shí)際零點(diǎn)上，在實(shí)際零點(diǎn)上，輸入輸入(shr)10、2090度的轉(zhuǎn)角度的轉(zhuǎn)角調(diào)零及給定(i dn)輸入轉(zhuǎn)角45第45頁/共84頁第四十五頁，共84頁。464646462022-6-23使用萬用表交流電壓檔位，測量TP5端電壓值，即輸入轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)(duyng)的輸出電壓值測量輸出(shch)電壓46第46頁/共84頁第四十六頁，共84頁。47472022-6-23順時(shí)針順時(shí)針001002003004005006007008

14、00900U+逆時(shí)針逆時(shí)針00-100-200-300-400-500-600-700-800-900U- 計(jì)算計(jì)算(j sun)Kx ()/2/57.3xUUK繪制電壓與轉(zhuǎn)角(zhunjio)的關(guān)系曲線 數(shù)據(jù)處理UU47第47頁/共84頁第四十七頁，共84頁。484848482022-6-23以實(shí)際零點(diǎn)為起始以實(shí)際零點(diǎn)為起始(q sh)，順時(shí)針，順時(shí)針輸入輸入20度轉(zhuǎn)角度轉(zhuǎn)角給定(i dn)輸入轉(zhuǎn)角（2）交流(jioli)放大器K3測試 實(shí)驗(yàn)箱設(shè)置同（1）48第48頁/共84頁第四十八頁，共84頁。494949492022-6-23測量測量(cling)TP5端電壓值（交流檔）端電壓值（交流

15、檔）測量(cling)電壓測量測量(cling)TP6端電壓值（交流檔）端電壓值（交流檔）49第49頁/共84頁第四十九頁，共84頁。50502022-6-2350第50頁/共84頁第五十頁，共84頁。51515151輸入(shr)轉(zhuǎn)角同（2）（3）解調(diào)(ji dio)濾波器的系數(shù)KL測試 實(shí)驗(yàn)(shyn)箱設(shè)置同（1）測量測量TP9端電壓值（直流檔）端電壓值（直流檔）測量電壓51第51頁/共84頁第五十一頁，共84頁。52522022-6-2352第52頁/共84頁第五十二頁，共84頁。53532022-6-23dMUnK53第53頁/共84頁第五十三頁，共84頁。54542022-6-23

16、輸入信輸入信號(hào)號(hào)(xnho)為常值為常值電壓電壓設(shè)置設(shè)置(shzh)“開開環(huán)環(huán)”設(shè)置設(shè)置“常值常值”輸入輸入(shr)信號(hào)信號(hào)實(shí)驗(yàn)箱設(shè)置常值電常值電壓調(diào)節(jié)壓調(diào)節(jié)電位器電位器第54頁/共84頁第五十四頁，共84頁。55555555 測試TP9波形(b xn)的周期設(shè)置(shzh)Ud電壓5、10、15-5、-10、-1555第55頁/共84頁第五十五頁，共84頁。 數(shù)據(jù)處理 計(jì)算(j sun)KM 56562022-6-23Ud15V10V15VUd2-5V-10V-15V周期T1（s）周期T1（s）頻率f2（Hz）頻率f2（Hz）轉(zhuǎn)速n1（rad/s）轉(zhuǎn)速n2（rad/s）12M/2K =dn

17、nU繪制力矩電機(jī)調(diào)節(jié)特性(txng)曲線 1dU1n2dU2n注：Ud1、Ud2都為TP3端電壓56第56頁/共84頁第五十六頁，共84頁。57572022-6-23設(shè)置設(shè)置(shzh)輸入信輸入信號(hào)號(hào)50mv設(shè)置設(shè)置(shzh)“開環(huán)開環(huán)”設(shè)置設(shè)置“常值常值”輸入輸入(shr)信號(hào)信號(hào)實(shí)驗(yàn)箱設(shè)置常值電常值電壓調(diào)節(jié)壓調(diào)節(jié)電位器電位器（5）前置放大器的放大倍數(shù)K1RK逆時(shí)針轉(zhuǎn)到最大逆時(shí)針轉(zhuǎn)到最大第57頁/共84頁第五十七頁，共84頁。5858585858測量(cling)電壓測量測量(cling)TP2端電壓值（端電壓值（直流檔）直流檔）第58頁/共84頁第五十八頁，共84頁。59592022-

18、6-2359第59頁/共84頁第五十九頁，共84頁。60602022-6-23（6）功率(gngl)放大器的放大倍數(shù)K2測量測量(cling)TP3端電壓值（直流檔端電壓值（直流檔）測量(cling)電壓第60頁/共84頁第六十頁，共84頁。61612022-6-2361第61頁/共84頁第六十一頁，共84頁。62622022-6-2362213KKKKKKKMLXV( )(1)(1)vmLKG sS T sT s002.0,08.0LmTT第62頁/共84頁第六十二頁，共84頁。63632022-6-23cjHjG1)()()()(1800ccjHjG) 1002. 0)(108. 0()(

19、jjjKvjG63第63頁/共84頁第六十三頁，共84頁。646464642022-6-231 / TL1 / Tm12.5500-20-40-60ccjHjG1)()(64第64頁/共84頁第六十四頁，共84頁。6565Kx-NoImage srUsc)1(STSKMM2K1K3K1STKLL115433SCRSCR加串聯(lián)(chunlin)超前校正系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)圖Kx652.3 2.3 加有源串聯(lián)校正后系統(tǒng)加有源串聯(lián)校正后系統(tǒng)(xtng)(xtng)的的分析分析: :第65頁/共84頁第六十五頁，共84頁。666666662022-6-23校正(jiozhng)后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)：) 10

20、02397. 0)(1002. 0)(108. 0() 102397. 0()()(jjjjjKvjHjG畫出幅頻特性曲線(qxin):3345(1)( )( )(1)1)(1)VMLKR C SG s H sS T ST SR C S（對(duì)應(yīng)(duyng)的開環(huán)頻率特性：66第66頁/共84頁第六十六頁，共84頁。676767672022-6-231 / Tm1 / TLABcc0422180()()arctan12ccG jH j) 1sin1(4 . 016. 0P) 1(5 . 2) 1(5 . 122rrcsMMt41.7435712.5417.4357500-20-4020-20-4

21、0-60串聯(lián)串聯(lián)(chunlin)校校正環(huán)節(jié)正環(huán)節(jié)串聯(lián)串聯(lián)(chunlin)校校正后正后串聯(lián)串聯(lián)(chunlin)校校正前正前67第67頁/共84頁第六十七頁，共84頁。686868682022-6-2368第68頁/共84頁第六十八頁，共84頁。69692022-6-23tU(t)69第69頁/共84頁第六十九頁，共84頁。7070707070 設(shè)置(shzh)“閉環(huán)” 設(shè)置(shzh)“方波”實(shí)驗(yàn)(shyn)箱設(shè)置3.1 不加任何校正第70頁/共84頁第七十頁，共84頁。71717171 測試(csh)TP9波形71測試(csh)位置第71頁/共84頁第七十一頁，共84頁。72722022-6-2372第72頁/共84頁第七十二頁，共84頁。7373737373 設(shè)置(shzh)“閉環(huán)” 設(shè)置(shzh)“方波”實(shí)驗(yàn)(shyn)箱設(shè)置3.2 加