【精品】清華大學(xué)控制工程實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除控制工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)指示書郭美鳳趙長(zhǎng)德清華大學(xué)精密儀器與機(jī)械學(xué)系2004-550 / 資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除實(shí)驗(yàn)一 Matlab 仿真實(shí)驗(yàn)一、基本實(shí)驗(yàn)對(duì)于一階慣性系統(tǒng)KG(s) Ts1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=0.1對(duì)于二階系統(tǒng)1G(s) T s 2Ts122分別就 T=1 和 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。自構(gòu)造高階系統(tǒng)，試?yán)?/p>

2、 Matlab 軟件工具分析其時(shí)域、頻域特性.對(duì)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 / 資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除G(s)H(s) s(0.03ss（1)250(0.5s（2)G(s)H(s) ssss二、結(jié)合“運(yùn)動(dòng)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。并把仿真結(jié)果與“運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較1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)。2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求2.1速度環(huán)仿真實(shí)驗(yàn)2 / 資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之

3、處，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除1MUnrM+T +anET 2圖 11 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(cè)速發(fā)電機(jī)系數(shù)K 24V /1000rpm=0.024V/=0.229V/(rad/s),rpmfE 30V 1.74.5A而電動(dòng)機(jī)反電勢(shì)系數(shù)0.213V/s,所以C e1000rpmnCa 11.71=550M / 2rad A s14.510 3 0.213JTCMe0。5A/VKVA2 / 資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除R測(cè)速機(jī)濾波時(shí)間常數(shù)19.5K0.22F4.29 （也可以重新T 3 C 2 23設(shè)計(jì)) rad/s為電機(jī)轉(zhuǎn)速,最大轉(zhuǎn)速為 1000

4、rpm,反饋系數(shù) ,G (s)為n速度環(huán)的校正網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)G (s)為比例積分（PI）調(diào)節(jié)器時(shí)，其傳遞函數(shù)為1 snG (s) （1）T sn當(dāng)G (s)為比例(P）調(diào)節(jié)器時(shí)，其傳遞函數(shù)為G (s) K（2）n1給定速度環(huán)的性能指標(biāo)如下：3 / 資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除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: 60.004s。，K,Ts，nnn2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)

5、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)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 1-2。V2xpiGpcnV0.076(V/mm)pf圖 12 位置環(huán)簡(jiǎn)化函數(shù)方框圖圖 12 中VxV (s)G (s)Gn(s)當(dāng)G11 spT sG (s) K）pcpp(s)當(dāng)GG (s) K(4)p1。給定位置環(huán)的性能指標(biāo)如下:3 / 資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除1) 單位階躍響應(yīng)的超調(diào)量小于

6、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 PI2位置環(huán)調(diào)節(jié)器參數(shù)參考取值:100K , 0.0047 s，T 0.02 s.ppp2. 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)定裕量和剪切頻率.3. 給出位置環(huán)分別采用P與PI諧振峰值,4. 比較位置環(huán)采用 P 與 PI關(guān)于伺服電機(jī)控制系統(tǒng)的詳細(xì)資料參見附錄 1。4 / 資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除實(shí)驗(yàn)二直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速

7、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. 制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與校正方法.二、實(shí)驗(yàn)原理請(qǐng)仔細(xì)閱讀見教材P248261 或附錄1.接線圖參考圖21，其中S 是實(shí)驗(yàn)中需要用萬(wàn)用表和示波器測(cè)試的點(diǎn);R4F給SSMSFSC圖21 速度環(huán)接線圖三、實(shí)驗(yàn)步驟與要求：5 / 資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除1圖Mfz1CMU( )n sU-RiK+-VAU34UUKT S 1ff2圖2圖中，因電機(jī)最大轉(zhuǎn)速 1000rpm,故傳遞函數(shù)方框圖中應(yīng)再加一個(gè)飽和環(huán)節(jié)。當(dāng)G (s)為比例積分）調(diào)節(jié)器時(shí)，其傳遞函數(shù)為s1 R C S 1G (s) n 4 4）T sR C

8、 Sn3 4當(dāng)G (s)為比例（P）調(diào)節(jié)器時(shí)，其傳遞函數(shù)為RG (s) K 4（2)nR31. ,饋電壓為負(fù)。當(dāng)正反饋時(shí)，輸入電壓趨于 0 時(shí)，電動(dòng)機(jī)仍然高速轉(zhuǎn)動(dòng)。2. 掌握速度環(huán)靜態(tài)傳遞特性的調(diào)試方法。采用PI調(diào)節(jié)器，要求輸入為 8V。調(diào)節(jié) ，使電機(jī)輸出為 1000rpm，即此時(shí)測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出為 24V。3. 了解調(diào)速系統(tǒng)剛度與系統(tǒng)參數(shù)和結(jié)構(gòu)的關(guān)系。采用比例調(diào)節(jié)器，且R46 / 資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除為最?。?00K）,調(diào)節(jié)輸入電壓，使電機(jī)轉(zhuǎn)速很低，可用手使電機(jī)停轉(zhuǎn)。而采用 PI調(diào)節(jié)器,同是電機(jī)轉(zhuǎn)速很低,用手不能使電機(jī)停轉(zhuǎn).試從理論上分析之4掌握速度環(huán)動(dòng)態(tài)特

9、性的測(cè)試方法。掌握數(shù)字示波器的使用方法。當(dāng)階躍輸入為 用數(shù)字示波器測(cè)試采用 P 與 PI .觀察速度調(diào)節(jié)器輸出波形是否飽和？調(diào)整時(shí)間與輸入電壓有什么關(guān)系？1別測(cè)試速度環(huán)采用 PI 調(diào)節(jié)器和 P 調(diào)節(jié)器（最小）的靜特性，即RU )4n f，電機(jī)轉(zhuǎn)速可測(cè)量測(cè)速機(jī)電壓計(jì)算，至少正反兩個(gè)方向,輸入vi電壓從8V+8V 測(cè)試 10 多點(diǎn)，計(jì)算傳遞系數(shù)。這兩條曲線有什么不同,為?/ J2CM統(tǒng)的各個(gè)參數(shù)后，可供系統(tǒng)分析和仿真時(shí)使用。方法是將速度環(huán)開環(huán) ,利用82K作為輸入電阻（R ,采用 P 校正，R 為 100K，先輸入較小的電壓，使34之剛剛克服死區(qū)，記錄這時(shí)的啟動(dòng)輸入電壓U 。再繼續(xù)加大輸入電壓U（

10、例如 2.0V),測(cè)量dV /dt k ,測(cè)速機(jī)兩端電壓的階躍響應(yīng)曲線，記錄之，并計(jì)算其斜率的速度品質(zhì)系數(shù)為系統(tǒng)xK (R /R )(K R /C T )(K )/V43ae Mf已知(R R ) (K R C T/) (k U U ) K 431VAaeMfx式中，R /R 100/821.22，從而可計(jì)算R 39K以及不同R 時(shí)的速度品質(zhì)434系數(shù)K 了;另外，已知(K )(K R /C T )系fV統(tǒng)分析和仿真。ae M四、實(shí)驗(yàn)思考1如何判斷系統(tǒng)的反饋極性？2給定較低的速度,這時(shí)可以用手捏住電動(dòng)機(jī)軸,使其轉(zhuǎn)速為 （盡管系統(tǒng)是一階 PI環(huán)節(jié)時(shí),即使用很大的勁，電動(dòng)機(jī)仍然可以低速轉(zhuǎn)動(dòng)！為什么

11、？我們把轉(zhuǎn)速對(duì)于電動(dòng)機(jī)負(fù)載力矩的變化率叫做剛度。請(qǐng)分析采用兩種調(diào)節(jié)器時(shí)的系統(tǒng)剛度。3不用測(cè)速發(fā)電機(jī)作為角速度測(cè)量元件，本實(shí)驗(yàn)還可以用什么作為速度反饋？7 / 資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除當(dāng)不用速度反饋時(shí),以只用比例環(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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向，幅值不同而改變轉(zhuǎn)速?4什么叫跨導(dǎo)放大器？驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)什么時(shí)候用定壓源，什么時(shí)候用定流源?5PWM 6本實(shí)驗(yàn)為什么要把電動(dòng)機(jī)到絲杠的連軸節(jié)斷開？7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？8當(dāng)示波器探頭選擇 10:1 時(shí)，其等值電路是什么？傳遞函數(shù)為 0。1 的條件

12、是?系統(tǒng)存在哪些非線性環(huán)節(jié)？對(duì)系統(tǒng)性能有什么影響？五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1. 速度環(huán)靜態(tài)特性曲線，并分析兩種調(diào)節(jié)器下的特性有什么不同？2. 速度環(huán)動(dòng)態(tài)特性曲線。比較不同調(diào)節(jié)器以及參數(shù)不同的階躍響應(yīng)曲線，并與仿真結(jié)果對(duì)比。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。nMfz一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 熟悉直流伺服電機(jī)位置控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)模型；8 / 資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除制系統(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)步驟與要求1470kR2100k470k470kSR147k給定電位計(jì)速度環(huán)輸入S39K24kS100k24

13、k光電編碼器AZSBAD669(D/A)數(shù)字電位計(jì)輸出AD669(D/A)1圖 1 位置環(huán)部分接線圖位置環(huán)部分接線圖見圖31，速度環(huán)部分見圖21。位置環(huán)的傳遞函數(shù)方框圖見32圖，V x, ,V,G(s)為位置環(huán)的校正網(wǎng)絡(luò)，G (s)nrpm 。2x snpf0.076(V/mm)9 / 資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除圖2(s)當(dāng)GG (s) K 1(R4/R 4.7p(s)當(dāng)G11 spT sG (s) K（2)pcpp1. 通曉位置反饋的原理后，按圖 31 接線。 可調(diào)到 1,將連軸節(jié)脫開.2. 1V,說(shuō)明電動(dòng)機(jī)速度是否飽和.3. 當(dāng)繼續(xù)加大輸入電壓到2V、3V時(shí)，

14、重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。適當(dāng)調(diào)整輸入電壓，使系統(tǒng)工作在線性區(qū)，再測(cè)試階躍響應(yīng)曲線并記錄.4. 選擇較好的位置環(huán) PI 5. 采用較好的調(diào)節(jié)器參數(shù)，斷開使能，把連軸節(jié)接好,且保證輸入電壓為 0 時(shí),工作臺(tái)處于零位（按復(fù)位按鈕，反饋電壓為0特性,從8080mm 至少測(cè)試 12 點(diǎn).計(jì)算系統(tǒng)的傳遞系數(shù)（x/U ).sr6. 觀察位置鎖定后，在負(fù)載力矩小，系統(tǒng)剛度越大. P 校正時(shí),逐漸減小速度反饋四、實(shí)驗(yàn)思考1CPLD 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(duì)應(yīng)的 D/A值是多少？位置反

15、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(hào)可以判斷轉(zhuǎn)向? / 資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除運(yùn)算放大器，功率放大器、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速都具有飽和特性，試根據(jù)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！這時(shí)如何仿真？3這個(gè)實(shí)驗(yàn)的連軸節(jié)什么時(shí)候可以連接上？4線性系統(tǒng)調(diào)整時(shí)間與輸入大小無(wú)關(guān)，實(shí)際上，實(shí)用的系統(tǒng)都是非線性系統(tǒng) ,說(shuō)明這個(gè)實(shí)驗(yàn)，為說(shuō)明為什么調(diào)整時(shí)間與輸入大小有關(guān)？畫出反映實(shí)際的位置環(huán)方框圖和參數(shù),再進(jìn)行仿真，與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象對(duì)比。5如果加上積分校正，位置會(huì)產(chǎn)生過(guò)沖？為什么？機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)是否允許過(guò)沖？6系統(tǒng)的靜態(tài)傳遞系數(shù)輸入 1V 單軸工作臺(tái)移動(dòng)的位移）如何計(jì)算？

16、取決于什?7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？8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？ 對(duì)于運(yùn)動(dòng)控制來(lái)說(shuō),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. 采用 P 校正時(shí)，位置環(huán)輸出（電壓）的動(dòng)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. 采用 PI校正時(shí)，位置環(huán)輸出電壓）的動(dòng)態(tài)特性曲線.5. 6*本實(shí)驗(yàn)的體會(huì)。附 1:運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備說(shuō)明書。 / 資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除控制工程基礎(chǔ)課程運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)

17、實(shí)驗(yàn)設(shè)備說(shuō)明書趙長(zhǎng)德董景新張冠斌編寫概述運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是指通過(guò)電動(dòng)或液動(dòng)執(zhí)行環(huán)節(jié)（大部分采用電動(dòng)執(zhí)行部件，功率大的則采用液壓傳動(dòng)，在食品、醫(yī)藥工業(yè)中也往往采用氣動(dòng)元件)，控制一 運(yùn)動(dòng)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(guó)家的高科技水平。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(dòng)控制環(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， PID 校正算法和實(shí)驗(yàn)調(diào)試的方法。 1 為小功率直流電動(dòng) 指的是電流環(huán)和速度環(huán),這是電力拖動(dòng)

18、和機(jī)電控制領(lǐng)域內(nèi)普遍采用的技術(shù)。+Ur+Ug1Ug4+控制邏輯光藕M+UPWUg2Ug3+ / 資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除圖 1 直流電動(dòng)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(dòng)機(jī)測(cè)速發(fā)電機(jī)的機(jī)組：該機(jī)組型號(hào)為 70SZD01CF24MB70 mm100W，額定轉(zhuǎn)速1000，額定電壓30V，額定電流4.5A,額定轉(zhuǎn)矩 1 ，峰Nmrpm值轉(zhuǎn)矩 8Nm ,電樞電阻 1。7，電樞電感 3。7,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 292Nms2 ，機(jī)電mHms時(shí)間常數(shù) 9。270 ,其mm斜率為 24V/1000rpm，允許帶 10負(fù)載。其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 100N

19、ms2 ?？紤]到轉(zhuǎn)K動(dòng)慣量的增加,實(shí)際的機(jī)電時(shí)間常數(shù)為 12。4ms .同軸還連接一個(gè)光電編碼器，500 脈沖/每轉(zhuǎn),電源 輸出 TTL 電平信號(hào),分 ，B,Z 三種信號(hào)。其中 A,B 兩組信號(hào)相差 90 度相位，A超前 BB超前 A表示反轉(zhuǎn),Z 是每轉(zhuǎn)發(fā)出一個(gè)零位信號(hào)。電機(jī)機(jī)組外形圖見圖 2 所示。圖 2 伺服電動(dòng)機(jī)測(cè)速發(fā)電機(jī)光電編碼器機(jī)組圖單軸運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)外形見圖 3 所示，滾動(dòng)絲杠傳動(dòng)，螺距 2 ,整個(gè)行程mm200 ，或100 。電機(jī)通過(guò)撓性連軸節(jié)與工作臺(tái)的絲杠連接，當(dāng)調(diào)試速度mmmm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(guò)行程，在9598 mm / 資料

20、內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除圖 3 單軸工作臺(tái)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R 和C 組成比例積分22校正，其傳遞函數(shù)為R2C2-UcI2+其中：R RM1圖 4 電流調(diào)節(jié)器電路原理圖R C S 1G (S) 222RC Si圖中 Ui 為電流環(huán)的輸入，接在速度調(diào)節(jié)器的輸出。U 為霍爾M12電流傳感器采樣電阻R 上的電壓,由于R 為 1，遠(yuǎn)小于R.另外在

21、兩個(gè)R電KMM11(R /C11阻之間加一個(gè)濾波電容 C ,濾波時(shí)間常數(shù)。故電流環(huán)的傳1遞函數(shù)圖如圖 5 所示。 / 資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除iaR C S+1 U1cK222R C S+1+PWMa121UR1000MM S+1 =R C /21111圖 5 電流環(huán)傳遞函數(shù)圖 L /R為保證電流環(huán)的穩(wěn)定性和快速性,RC，a22a此時(shí)系統(tǒng)成為型系統(tǒng)，電流環(huán)的速度品質(zhì)系數(shù)K 為v1RMKI 2RCSK1 2vUSRIKa式中，是校正輸出電壓U 到電樞電壓的平均電壓的平均增PWMcSUaUK益，即 PWMc 6280/rad s， ( /2) /2適當(dāng)選擇電流環(huán)的各

22、個(gè)參數(shù)，讓 K vRC c,c11 2 1.4這時(shí)電流環(huán)的通頻帶為KHz。對(duì)于所使用的 PWM 放大器，從電bc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)）K 為VAI1000aK =VRMVAi如果選采樣電阻R 為 2000 ，則K 0。5A/V。輸入電壓范圍為10 ,VMVA故電機(jī)電流可達(dá)到5 。為保護(hù)放大器，實(shí)際限制在 .AA在力矩狀態(tài),例如力矩平衡系統(tǒng)，電動(dòng)扳手等。在調(diào)速系統(tǒng)中,啟動(dòng)和制動(dòng)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

23、壓最大 60V。放大器頻帶接近 1000Hz，增益為 電氣接線圖見 / 資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除圖 7 所示。實(shí)驗(yàn)所用 H橋的直流電源是通過(guò) 220V/25V，50Hz / 資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除的隔離變壓器副邊電壓提供的內(nèi)部經(jīng)過(guò)全橋整流濾波另外220V工頻電壓也經(jīng)V過(guò)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（注意容量，必要時(shí)外加繼電器轉(zhuǎn)接放大）561812V/200mA10.3A/125VAC0.3A/110VDC1A/30VDC電流采樣輸出模擬地紅紅綠220VAC921COM36229851

24、0FUSE圖 7SC5HC601 電氣聯(lián)線圖放大器有一個(gè) 10 36 25V，50Hz),其 9、10 引腳為 220V，50HzD50Hz / 資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除電源輸入，58 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1325 為控制輸入(25 引腳為輸入地 BB公司的隔離放大器送 25 引腳不等于其內(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（.為消除 PWM 對(duì)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(dòng)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

25、 9 所示。圖 8 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱外形圖圖 9 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱面板圖測(cè)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) K n電機(jī)的電壓En，式中 是電動(dòng)機(jī)測(cè)速機(jī)組的轉(zhuǎn)速。為了濾除發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)nn子的齒諧波,如同電流調(diào)節(jié)器一樣，在反饋回路中加入阻容網(wǎng)絡(luò),組成低通濾波 / 資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除器。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。 / 資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除R4C4-i+n圖 10 速度調(diào)節(jié)器電路圖R C S 1 S 1G (S)n4 4RC ST SnG (s)i nR

26、C ,Tn 2R C ,R =39K3 4 3,式中3444n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KHz個(gè)比例環(huán)節(jié)。另外，由于電流環(huán)本身是一階無(wú)差系統(tǒng)，故電機(jī)的反電勢(shì)可以忽略不計(jì)，這樣圖 11可簡(jiǎn)化為圖 12。1MMnU(s)1JSrG (s)nT S+1+aEKnT S+1n圖 11雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)方框圖 / 資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除MCM N sRraCeTSm測(cè)速及濾波其中： Tm= RaJ/CeCM圖12 雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)化方框圖下面求校正前固有的開環(huán)傳遞函數(shù)

27、，已知：K 24V /1000rpm/(rad /s)測(cè)速發(fā)電機(jī)系數(shù)。024V/rpm=0.229V，fE 30V 1.74.5AC e1000rpm0。213,V s而電動(dòng)機(jī)反電勢(shì)系數(shù)/ 所以nR11.71CMJa14.510 3 0.213=550TMC/ 2rad A seK 0。5A/VVART C 19.5K0.22F 4.29ms32測(cè)速機(jī)濾波時(shí)間常數(shù)23(也可以重新設(shè) 1(4.29 CG (s) (KM K )gVA JnST S SS32CKK 0.55500.229MJ式中, VA63n系統(tǒng)期望頻率特性為典型高階最佳,其傳遞函數(shù)為K ( SG (s)anS T Sq2(192

28、K 63/T 39 n式中，KC ,R C ，可以選擇R ，C ，4 4 4 4ann4 / 資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除，畫出系統(tǒng)希望的Bode 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(cè)試速度環(huán)的靜特性和動(dòng)特性。在測(cè)速反 1/U 2饋衰減系數(shù)的情況下，速度環(huán)靜態(tài)傳遞系數(shù)為U左右,對(duì)于角速度的增益為：n21000rpm/V 1.39rad /sVU24。r為了能夠使電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到或超過(guò) 1000rpm?？砂?調(diào)到 0.5 左右,這時(shí)n211000rpm/V 1000rpm/V 2.78rad/sVU246。r當(dāng) PI調(diào)節(jié)器選擇 0。1F ,R3 39K R4=400K，其仿真參考方框圖如下：，圖 13 速度環(huán)模型如果輸入是負(fù)載力矩,請(qǐng)考慮采用等效的數(shù)學(xué)模型仿真。1（二）電壓位置隨動(dòng)系統(tǒng)位置環(huán)原理位置環(huán)原理圖見圖 14 / 資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除-3-UUU+速度調(diào)節(jié)器+Ui4M+34200mm直線電位計(jì)xXU /2mm螺距轉(zhuǎn)動(dòng)位移機(jī)構(gòu)圖 14 電壓位置隨動(dòng)系統(tǒng)原理圖但由于安裝 200 毫米的直線