小功率随动系统实验

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1、12021-5-28 小 功 率 随 动 系 统 实 验 飞 行 器 控 制 实 验 教 学 中 心 自 动 控 制 原 理 实 验 系 列 随 动 控 制 系 统 概 述 ：1 ） 随 动 控 制 系 统 的 定 义 ；2 ） 随 动 控 制 系 统 的 应 用 ；3 ） 随 动 控 制 系 统 的 一 般 组 成 ；4 ） 随 动 控 制 系 统 的 简 单 例 子 ；5 ） 随 动 控 制 系 统 的 分 类 ；6 ） 随 动 控 制 系 统 的 检 测 装 置 ；7 ） 随 动 控 制 系 统 的 控 制 方 式 22021-5-28 1） 随 动 控 制 系 统 的 定 义 ：1 又

2、 叫 跟 踪 系 统 或 伺 服 系 统 ， 是 一 类 应 用 广 泛 的 自 动 控 制 系统 ；2 输 入 信 号 可 以 是 预 先 未 知 的 ， 并 且 可 随 时 间 任 意 变 化 ；3 输 出 信 号 是 位 移 量 ， 包 括 角 位 移 和 线 位 移 ；4 主 要 性 能 指 标 是 系 统 的 跟 随 性 能 ， 即 跟 踪 速 度 和 精 度 。 要求 输 出 位 移 量 可 以 快 速 、 准 确 的 跟 随 输 入 ， 即 ： 调 整 时 间t s 和 稳 态 误 差 ess要 小 。 其 次 考 虑 抗 干 扰 的 性 能 ； 32021-5-28 2） 随

3、动 控 制 系 统 应 用 机 械 加 工 过 程 中 机 床 的 定 位 控 制 和 加 工 轨 迹 控 制 是 位置 随 动 系 统 的 典 型 实 例 ， 如 仿 型 铣 床 的 跟 踪 控 制 、 数 控 机床 的 轨 迹 控 制 。 4 仪 表 工 业 中 各 种 记 录 仪 的 笔 架 控 制 ， 如 温 度 记 录 仪 、 计 算 机 外部 设 备 中 的 X Y记 录 仪 ， 各 种 绘 图 机 以 及 计 算 机 磁 盘 驱 动 器 的磁 头 定 位 控 制 。X-Y函 数 记 录 仪 是 一 种 最 常 用 的 通 用 笔式 记 录 仪 。 其 x、 y轴 各 由 一 套

4、独 立 的 随 动 系 统 驱 动 ， 使 记 录 笔 能 在 记 录 纸 上 精确 记 录 函 数 曲 线 。 5 n 军 事 工 业 ： 火 炮 群 跟 踪 雷 达 天 线 的 位 置 控 制 、 导弹 发 射 架 的 对 准 控 制 ； 陀 螺 仪 惯 性 导 航 系 统 ， 各类 飞 行 器 的 姿 态 控 制 等 ， 都 是 位 置 随 动 系 统 的 具体 应 用 。 6 3） 随 动 控 制 系 统 一 般 组 成 主 要 包 括 ： 检 测 装 置 、 信 号 转 换 电 路 、 放 大 装 置 、 补 偿 装 置 、 执 行机 构 、 电 源 装 置 和 被 控 对 象 等

5、部 分 。1)检 测 装 置 用 来 检 测 输 入 信 号 和 系 统 输 出 ；2)放 大 装 置 将 控 制 信 号 进 行 功 率 放 大 ；3)执 行 部 件 主 要 实 现 机 电 转 换 ， 将 电 信 号 转 换 成 机 械 位 移 ；4)信 号 转 换 线 路 和 补 偿 装 置 实 现 各 部 件 信 号 之 间 有 效 匹 配 ， 使 系 统 具 有良 好 的 工 作 品 质 。 5)此 外 ， 各 部 分 都 离 不 开 相 应 的 能 源 设 备 、 保 护 装 置 、 控 制 设 备 和 其 他辅 助 设 备 。 7 4） 随 动 控 制 系 统 简 单 实 例电

6、位 器 式 的 小 功 率 位 置 随 动 伺 服 系 统 的 原 理 图（ 1） 位 置 检 测 器 （ 2） 电 压 比 较 放 大 器 （ 3） 电 力 电 子 变 换 器 （ 4） 伺 服 电 机（ 5） 减 速 器 与 负 载 8 1） 位 置 传 感 器 （ 伺 服 电 位 器 （ RP） ） 由 电 位 器 RP1和 RP2组 成 位 置 （ 角 度 ） 传 感 器。 RP1是 给 定 位 置 传 感 器 ， 其 转 轴 与 操 纵 轮 连接 ， 发 出 转 角 给 定 信 号 *m； RP2是 反 馈 位 置 传感 器 ， 其 转 轴 通 过 传 动 机 构 与 负 载 的 转

7、 轴 相 连， 得 到 转 角 反 馈 信 号 m。 两 个 电 位 器 由 同 一 个直 流 电 源 US供 电 ， 使 电 位 器 输 出 电 压 U*和 U，直 接 将 位 置 信 号 转 换 成 电 压 量 。 偏 差 电 压 U=U * U反 映 了 给 定 与 反 馈 的 转 角 误 差 m=*m m， 即 满 足 U=K（ *m-m） =K m 伺 服 电 位 器 较 一 般 电 位 器 精 度 高 ， 线 性 度 好， 磨 擦 转 矩 也 小 。 特 点 是 线 路 简 单 ， 惯 性 小 ，消 耗 功 率 小 ， 所 需 电 源 也 简 单 。 9 n 2） 电 压 比 较

8、放 大 器 （ A） 两 个 电 位 器 输 出 的 偏 差 电 压 U在 放 大 器 A中 进 行 放 大 ，输 出 信 号 Uc作 为 下 一 级 功 率 放 大 器 的 控 制 信 号 ， 并 具 备 鉴别 电 压 极 性 （ 正 反 相 位 ） 的 能 力 ， 一 般 使 用 运 算 放 大 器 构成 。n 3） 电 力 电 子 变 换 器 （ UPE） 它 主 要 起 功 率 放 大 的 作 用 （ 同 时 也 放 大 了 电 压 ） ， 而 且 必须 是 可 逆 的 ， 由 晶 闸 管 或 大 功 率 晶 体 管 组 成 整 流 电 路 ， 由它 输 出 一 个 足 以 驱 动 电

9、 动 机 的 电 压 U d。 10 n 4） 伺 服 电 机 在 小 功 率 直 流 随 动 系 统 中 多 采 用 永 磁 式 直 流 伺 服 电 机 ， 在不 同 情 况 下 也 可 采 用 其 它 直 流 或 交 流 伺 服 电 机 。 由 伺 服 电机 和 电 力 电 子 变 换 器 构 成 的 可 逆 拖 动 系 统 是 位 置 随 动 系 统的 执 行 机 构 。n 5） 减 速 器 与 负 载 在 一 般 情 况 下 负 载 的 转 速 是 很 低 的 ， 因 此 ， 在 电 机 与 负载 之 间 必 须 设 有 传 动 比 为 i的 减 速 器 。 为 了 减 少 机 械 装

10、 置， 倾 向 于 采 用 低 速 电 机 直 接 传 动 ， 可 以 取 消 减 速 器 。 11 n 以 上 五 个 部 分 一 般 是 各 种 位 置 随 动 系 统 都 有 的 ， 在 不 同 情况 下 ， 由 于 具 体 条 件 和 性 能 要 求 的 不 同 ， 所 采 用 的 具 体 元件 、 装 置 和 控 制 方 案 可 能 有 较 大 的 差 异 。n 通 过 分 析 上 面 的 例 子 ， 可 以 总 结 出 位 置 随 动 系 统 的 主 要 特征 如 下 ： 位 置 随 动 系 统 的 主 要 功 能 是 使 输 出 位 移 快 速 而 准 确 地 复 现给 定 位

11、移 或 者 电 压 。 必 须 有 具 备 一 定 精 度 的 位 置 传 感 器 ， 能 准 确 地 给 出 反 映 位移 误 差 的 电 信 号 。 控 制 系 统 应 能 满 足 稳 态 精 度 和 动 态 快 速 响 应 的 要 求 。 12 5） 随 动 控 制 系 统 分 类1） 按 组 成 元 件 分 类 按 随 动 系 统 组 成 元 件 的 不 同 ， 可 以 将 系 统 分 为 纯 电 气 系 统 、 电 液 系 统 和 电 气 /气 动 系 统 。 纯 电 气 系 统 的 组 成 元 件 除 机 械 部 件 外 ， 均 是 电 磁 或 电 子 元 件 。 根 据 所 采

12、用 伺服 电 机 的 不 同 ， 又 将 纯 电 气 系 统 分 为 直 流 伺 服 系 统 和 交 流 伺 服 系 统 两 类 。 直流 伺 服 系 统 的 执 行 元 件 是 直 流 伺 服 电 机 ； 交 流 伺 服 系 统 的 执 行 元 件 是 交 流 伺服 电 机 。 电 液 伺 服 系 统 的 误 差 测 量 装 置 、 补 偿 、 放 大 部 分 均 为 电 气 元 件 ， 而 功 率 放 大与 执 行 元 件 刚 采 用 液 压 元 件 ； 电 气 /气 动 伺 服 系 统 的 误 差 测 量 装 置 、 补 偿 与 前 级 放 大 部 分 为 电 气 元 件 ， 而 执行

13、元 件 为 气 动 元 件 。 13 2） 按 执 行 元 件 功 率 大 小 分 类 执 行 元 件 输 出 功 率 在 50W以 下 的 随 动 系 统 称 为 小 功率 随 动 系 统 ； 执 行 元 件 输 出 功 率 在 50W到 500W之 间 称 为 中 功 率随 动 系 统 ； 执 行 元 件 输 出 功 率 在 500W以 上 的 称 为 大 功 率 随 动系 统 。 当 然 ， 这 只 是 一 个 比 较 粗 略 的 分 类 。 14 6） 随 动 控 制 系 统 的 检 测 装 置 位 置 随 动 系 统 的 检 测 装 置 是 其 最 重 要 的 组 成 部 分 ， 也

14、是 其 区 别 于 其 他 类 型 控 制 系 统 的 最 明 显 的 特 征 。 使 用 检 测 装 置 构 成 位 置 闭 环 ， 将 位 置 信 号 转 换 成 一 定形 式 的 电 量 。 由 于 它 的 精 度 直 接 影 响 系 统 的 精 度 ， 因 此 一般 希 望 检 测 装 置 精 度 高 、 线 性 度 好 、 灵 敏 度 高 。 若 对 小 功率 系 统 ， 还 要 求 检 测 装 置 的 惯 量 和 磨 擦 力 矩 要 小 。 常 用 的 位 移 检 测 装 置 有 伺 服 电 位 器 、 自 整 角 机 、 旋 转 变压 器 、 感 应 同 步 器 、 光 电 编

15、码 盘 、 光 栅 等 。 15 检 测 装 置 的 分 类数 字 式 模 拟 式 增 量 式 绝 对 式 增 量 式 绝 对 式 回转式 脉 冲 编 码 盘 圆 光 栅 绝 对 式 脉 冲编 码 盘 旋 转 变 压 器 圆 感 应 同 步 器 圆 磁 尺 三 速 圆 感 应同 步 器 直线式 直 线 光 栅 激 光 干 涉 仪 多 通 道 透 射光 栅 直 线 感 应 同 步器 磁 尺 三 速 感 应 同步 器 绝 对 磁 尺 具 体 应 用 时 ， 需 要 根 据 控 制 精 度 的 要 求 ， 安 装 位 置 和 形 式 ， 输 出 信 号 的 要 求 ，选 择 适 合 的 检 测 装

16、置 16 172021-5-28 脉 冲 编 码 器 旋 转 变 压 器直 线 光 栅 感 应 同 步 器 7） 随 动 控 制 系 统 的 控 制 方 式1） 误 差 控 制 ： 按 照 位 置 误 差 信 号 来 控 制 系 统 运 动 ， 它 的 主 反 馈 通 道 传 递函 数 通 常 采 用 单 位 反 馈 ， 使 用 最 广 泛 的 控 制 方 式 。2） 复 合 控 制 ： 将 输 入 信 号 的 微 分 和 系 统 误 差 综 合 形 成 控 制 信 号 ， 是 引 入前 馈 后 ， 能 有 效 地 提 高 系 统 精 度 和 快 速 响 应 能 力 ， 而 不 影 响 系 统

17、 闭 环稳 定 性 。 3） 模 型 跟 踪 控 制 ： 系 统 除 了 前 向 控 制 主 通 道 外 ， 还 有 一 条 与 它 并 行 的 模型 通 道 ， 将 被 控 对 象 和 模 型 通 道 的 输 出 之 差 作 为 主 反 馈 信 号 ， 通 过 反馈 到 主 通 道 的 输 入 端 ， 使 得 系 统 的 实 际 输 出 c跟 随 模 型 的 输 出 cm 。 适当 选 取 模 型 通 道 的 传 递 函 数 和 反 馈 通 道 的 传 递 函 数 ， 可 以 使 系 统 获 得较 高 的 精 度 和 良 好 的 动 态 品 质 。 18 192021-5-28 实 验 目

18、的 :1 熟 悉 随 动 系 统 的 组 成 原 理 及 各 部 分 的 传 递 函 数 ；2 测 试 系 统 每 个 环 节 的 传 递 函 数 的 数 值 、 确 定 开 环 放大 倍 数 ， 进 行 频 率 特 性 分 析 ；3 通 过 输 入 方 波 信 号 ， 观 察 比 较 加 入 校 正 环 节 （ 补 偿环 节 ） 前 后 ， 系 统 输 出 信 号 的 阶 跃 响 应 ；4 通 过 输 入 斜 坡 信 号 ， 观 察 随 动 系 统 的 跟 踪 性 能 . 202021-5-28 （ 1） 直 流 小 功 率 随 动 系 统 控 制 器 实 验 设 备 组 成 : 21202

19、1-5-28 （ 2） 机 电 部 分 ： 电 机 机 组 （ 永 磁 直 流力 矩 电 机 +测 速 发 电 机 ） ， 旋 转 变 压 器 ，旋 转 电 位 器 ， 负 载 转 盘 222021-5-28 实 验 装 置 控 制 原 理前 置放 大 器 串 联校 正 功 率放 大 器 执 行电 机反 馈校 正（ 速 度 反 馈 ）解 调滤 波 器 交 流放 大 器 旋 转变 压 器（ 位 置 反 馈 ） Usr-Usc -Uf采 用 闭 环 负 反 馈 控 制 的 结 构 ， 在 输 入 端 比 较 给 定 量 和 反 馈 量 ， 再 使用 误 差 控 制 方 式 进 行 控 制 。 23

20、 控 制 原 理 ： 系 统 的 给 定 信 号 与 反 馈 信 号 相 比 较 得 偏 差 信 号 ； 偏 差 信 号 经 前 置 放 大 器 放 大 、 串 联 校 正 和 功 率 放 大 器 放 大 之 后 ,控 制 直流 电 动 机 的 转 动 ， 带 动 负 载 转 动 ； 旋 转 变 压 器 测 试 直 流 电 动 机 的 转 动 角 度 ， 将 其 变 为 电 压 信 号 ， 该 信 号经 过 射 输 出 器 、 交 流 放 大 器 和 解 调 滤 波 器 得 到 反 馈 信 号 ； 反 馈 信 号 不 断 地 与 给 定 信 号 相 比 较 ， 如 果 二 者 相 等 ， 系

21、统 就 处 于 协 调状 态 ， 即 ： 直 流 力 矩 电 机 停 止 转 动 ， 保 持 在 给 定 信 号 指 定 的 位 置 。 若 不 断 改 变 给 定 信 号 ， 则 电 机 随 之 做 相 应 的 转 动 。 2021-5-28 24 前 置 放 大 器 串 联 校 正 环 节 功 率 放 大 器 直流力矩电机 旋 转 变 压 器交 流 放 大 器解 调 器滤 波 器 射 极 输 出 器 2 射 极 输 出 器 1基准电路 并联校正环节 测 速 发 电 机输 入 信 号主反馈信号 电 路 原 理 图 电 流 反 馈 25输 入 信 号 产 生 电 路 施 密 特 触 发 器 （

22、 输 入 三 角 波 ， 输 出 方 波 ）密 勒 积 分 器 （ 输 入 方 波 ， 输 出 三 角 波 ）射 极 输 出 器射 极 输 出 器 调 节 三 角 波方 波 频 率（ Wv） 调 节 三 角 波 幅 值调 节 方 波 幅 值 调 节 常 值 大 小 Wc 26 n （ 1） 前 置 放 大 环 节 ： 采 用 TL084型 运 算 放 大 器 和 电 阻 组 成 ， 输 入 信 号 可 加 方 波 信 号 、三 角 波 信 号 和 常 值 信 号 ， 也 可 外 接 其 它 形 式 的 信 号 。n （ 2） 射 极 输 出 器 1， 采 用 TL084型 运 算 放 大 器

23、和 电 阻 组 成 。n （ 3） 串 联 校 正 环 节 ， 由 TL084型 运 算 放 大 器 和 阻 容 网 络 组 成 的 串 联 超 前 、 滞 后 校 正 环节 ， 校 正 参 数 可 通 过 按 键 开 关 进 行 选 择 。n （ 4） 功 率 放 大 环 节 ， 功 率 放 大 器 由 OP-07型 运 算 放 大 器 组 成 。 n （ 5） 执 行 元 件 ， 采 用 70LC型 电 机 机 组 中 的 永 磁 式 直 流 力 矩 电 机 。n （ 6） 位 置 测 量 元 件 ， 采 用 45XZ10-5型 旋 转 变 压 器n （ 7） 射 极 输 出 器 2和 交

24、 流 放 大 器 ， 均 采 用 LF353型 运 算 放 大 器 组 成 。n （ 8） 解 调 滤 波 器 ， 由 LZXIC型 解 调 器 和 OP-07型 运 算 放 大 器 组 成 。n （ 9） 反 馈 校 正 环 节 ， 由 70LC型 电 机 机 组 中 的 直 流 测 速 发 电 机 和 阻 容 网 络 组 成 。 27 前 置 放 大 器 1） 使 用 TL084运 算 放 大 器 及 电 阻 和 电 位 器 构 成 2） 电 压 比 较 和 放 大 作 用 ， 放 大 倍 数 K1。 3） 调 节 电 位 器 的 可 改 变 放 大 倍 数 ， 从 而 改 变 系统 的

25、开 环 放 大 倍 数 Kv。 R11 R10RkUtp1 Utp2-Utp9 282021-5-28 有 源 串 联 校 正 11)( TsssGc )65(46454( )43(34333( CCRTCRTCRT CCRCRCR 或或 或或 29 1） 由 TL084运 算 放 大 器 和 阻 容 网 络 构 成 ； 2） 无 电 容 按 键 被 按 下 ， 为 传 递 系 数 为 1的 环 节 ； 3） 按 下 电 容 对 应 的 按 键 ， 相 当 于 将 电 容 接 到 电 路中 ， 串 联 校 正 发 生 作 用 ， 传 递 函 数 为 当 大 于 ， 为 超 前 校 正 当 大

26、于 ， 为 滞 后 校 正 ， 实 验 中 将 使 用 超 前 校 正 ， 可 以 增 大 系 统 的 截 止 频率 和 相 角 裕 度 ， 使 带 宽 增 大 ， 响 应 速 度 加 快 。1 )1()( TssKsG cc TT 30 功 率 放 大 器 1） 由 2个 OP07运 算 放 大 器 和 电 阻 、 电 容 和功 率 放 大 集 成 块 LM1875构 成 ; 2） 将 信 号 的 电 压 和 功 率 放 大 ， 放 大 倍 数 为K2, 31 永 磁 式 直 流 力 矩 电 机 1） 特 点 ： 定 子 是 永 磁 材 料 ， 结 构 扁 平 ， 可 以产 生 较 大 的

27、转 矩 ， 转 速 较 低 ， 是 低 速 电 机 。 机 械特 性 和 调 节 特 性 线 性 度 好 ， 特 别 适 用 于 高 精 度 的位 置 伺 服 系 统 ， 造 价 较 高 。 2） 作 用 ： 系 统 的 执 行 元 件 ， 直 接 连 接 负 载 ，无 需 使 用 减 速 器 ， 同 时 与 旋 转 变 压 器 同 轴 连 接 ，并 带 动 其 转 动 ， 使 得 旋 转 变 压 器 原 边 和 副 边 产 生角 度 差( )( ) ( 1)MMKsU s s T s 32 线 性 旋 转 变 压 器 1） 系 统 的 检 测 元 件 ， 传 递 函 数 为 Kx 2） 外

28、形 结 构 与 电 机 类 似 ， 有 定 子 和 转 子 。 本 质 上 是 一个 可 以 旋 转 的 变 压 器 ， 相 当 于 变 压 器 的 原 边 和 副 边 分 别 放在 定 子 和 转 子 上 。 332021-5-28工 作 原 理 ：1） 需 要 输 入 绕 组 通 入 1KHZ的 交 流 电 压 作 为 激 磁 电 压 ；2） 若 转 子 转 动 ， 则 输 入 与 输 出 绕 组 之 间 出 现 角 度 ， 输 出 绕组 则 输 出 1KHZ的 交 流 电 压 ， 幅 值 随 着 转 角 变 化 ， 例 如 ： xx KU )sin(xU 341KHZ激 磁 电 压 信

29、号 产 生 电 路 函 数 发 生 器 产 生 1Khz正 弦 波 信 号 倒 相 放 大 后 分 成 两 路 输 出 射 极 输 出 器 加 到 基 准 电 路 的 1KHz信 号 功 率 放 大 器励 磁 电 压 ,幅 值 12.2v,频 率 1KHZ正 弦 信 号 n 实 验 中 使 用 的 旋 转 变 压 器 为 线 性 旋 转 变 压器 ， 即 输 出 电 压 有 效 值 与 转 角 成 线 性 关 系， 频 率 与 激 磁 电 压 一 致 ， 为 1KHz， 如 图 ,幅值 的 变 化 352021-5-28 36xx KU 37 交 流 放 大 器 1） 由 LF353型 运 算

30、 放 大 器 和 电 阻 构 成 2） 作 用 ： 对 旋 转 变 压 器 的 输 出 的 交 流 信 号进 行 处 理 ， 放 大 倍 数 为 K3 38 解 调 滤 波 器1） 由 LZXIC型 解 调 器 和 OP-07型 运 算 放 大 器 组 成， 传 递 函 数 为2） 旋 转 变 压 器 的 输 出 信 号 是 幅 值 变 化 的 交 流 信 号， 它 的 幅 值 的 包 络 线 才 是 反 馈 信 号 ， 需 要 通 过解 调 器 将 真 实 的 反 馈 信 号 解 调 出 来 ；1ST KL L 39 (a)输 入 信 号 与 基 准 信 号 同 相 (b)输 入 信 号 与

31、 基 准 信 号 反 相3） 当 输 入 信 号 与 基 准 信 号 同 相 时 ， 输 出 为 正 极 性 的 信 号 ， 反 之 ， 则 输 出 负极 性 的 信 号 ， 输 出 信 号 大 小 取 决 于 输 入 信 号 的 幅 值 ；4） 信 号 再 通 过 滤 波 器 ， 滤 波 器 为 低 通 滤 波 器 ， 可 将 高 频 噪 声 滤 掉 ， 同 时 作为 反 相 器 ， 输 出 系 统 的 反 馈 信 号 。 40Kx - sr Usc )1( STS KMM2K1K 3K1STKL L 1154 33 SCR SCR代 入 传 递 函 数 的 随 动 闭 环 系 统 Kx 4

32、1射 极 输 出 器 角 位 置 输 入 反馈校正环节 测 速 发 电 机 电 流 反 馈 旋 转 式 电 位 器 射 极 输 出 器 其 余 环 节 介 绍 角 位 置 输 入 和 旋 转 电 位 器 ： 输 入 量 为 位 置 信 号 ， 构 成 另 一种 反 馈 结 构 ； 射 极 输 出 器 ： 电 压 跟 随 器 ， 利 用 其 输 入 阻 抗 高 ， 输 出 阻 抗低 的 特 点 ， 使 得 从 前 端 吸 收 的 电 流 很 小 ， 提 高 带 载 能 力 ； 反 馈 校 正 ： 使 用 测 速 发 电 机 测 得 的 转 速 电 压 ， 构 成 速 度 环， 提 高 系 统 的

33、 性 能 ； 电 流 反 馈 ： 调 节 电 流 ， 维 持 恒 定 力 矩 输 出 ， 可 以 增 加 系 统抗 外 扰 的 能 力 。 当 系 统 稳 定 工 作 时 ， 电 流 环 相 当 于 断 开 。 42 432021-5-28 实 验 目 的 :1 熟 悉 随 动 系 统 的 组 成 原 理 及 各 部 分 的 传 递 函 数 ；2 测 试 系 统 每 个 环 节 的 传 递 函 数 的 数 值 、 确 定 开 环 放大 倍 数 ， 进 行 频 率 特 性 分 析 ；3 通 过 输 入 方 波 信 号 ， 观 察 比 较 加 入 校 正 环 节 （ 补 偿环 节 ） 前 后 ，

34、系 统 输 出 信 号 的 阶 跃 响 应 ；4 通 过 输 入 斜 坡 信 号 ， 观 察 随 动 系 统 的 跟 踪 性 能 . 44 未 加 校 正 系 统 方 块 图 2.1 测 试 系 统 每 个 环 节 的 参 数 和 确 定 开 环 放 大 倍 数Kx-Usr (1)旋 转 变 压 器 传 递 系 数 KxU-输 出 电 压 值 ， 交 流 -输 入 角 度 值 452021-5-28 3.57/ UKx 46462021-5-28 输 入信 号为 0 电 源 开 关 设 置 “ 开 环 ”设 置 “ 外 接 ” 输 入 信 号 实 验 箱 设 置 472021-5-28 1.找

35、 到 旋 变 的 实际 零 点 ， 其 对 应的 电 压 最 小 ；2.在 实 际 零 点 上 ，输 入 10、 2090度 的 转 角调 零 及 给 定 输 入 转 角 482021-5-28 使 用 万 用 表 交 流 电 压 档 位 ， 测 量TP5端 电 压 值 ，即 输 入 转 角 对 应 的 输 出 电 压 值测 量 输 出 电 压 492021-5-28 顺 时 针 0 0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0 9 0 0U+逆 时 针 0 0 -1 0 0 -2 0 0 -3 0 0 -4 0 0 -5 0 0 -6 0

36、 0 -7 0 0 -8 0 0 -9 0 0U- 计 算 Kx ( )/2/57.3 x U UK 绘 制 电 压 与 转 角 的 关 系 曲 线 数 据 处 理 U U 502021-5-28 以 实 际 零 点 为 起始 ， 顺 时 针 输 入20度 转 角给 定 输 入 转 角（ 2） 交 流 放 大 器 K3测 试 实 验 箱 设 置 同 （ 1） 512021-5-28 测 量 TP5端 电 压 值 （ 交 流 档 ）测 量 电 压测 量 TP6端 电 压 值 （ 交 流 档 ） 数 据 处 理 计 算 K3 K3=UTP6/UTP5 注 意 ： K31 522021-5-28 5

37、3 输 入 转 角 同 （ 2）（ 3） 解 调 滤 波 器 的 系 数 KL测 试 实 验 箱 设 置 同 （ 1） 测 量 TP9端 电 压 值 （ 直 流 档 ）测 量 电 压 数 据 处 理 计 算 KL KL=|UTP9|/UTP6注 意 ： UTP9是 直 流 电 压 ， 若 为 负 数 则 取 绝 对 值 542021-5-28 （ 4） 直 流 力 矩 电 机 传 递 系 数 KMn-电 机 转 速 rad/s,Ud-电 机 电 枢 电 压 552021-5-28 dM UnK 562021-5-28 输 入 信号 为 常值 电 压 设 置 “ 开 环 ”设 置 “ 常 值 ”

38、 输 入 信 号 实 验 箱 设 置常 值 电压 调 节电 位 器 57 测 试 TP9波 形 的 周 期 设 置 Ud电 压5、 10、 15-5、 -10、 -15 数 据 处 理 计 算 KM 582021-5-28 Ud1 5 V 1 0 V 1 5 V Ud2 -5 V -1 0 V -1 5 V周 期 T1 （ s） 周 期 T1 （ s）频 率 f2 （ Hz） 频 率 f2 （ Hz）转 速 n1 （ rad/s） 转 速 n2 （ rad/s） 1 2M /2K = dn nU 绘 制 力 矩 电 机 调 节 特 性 曲 线 1dU1n2dU 2n注 ： Ud1、 Ud2都

39、为 TP3端 电 压 592021-5-28 设 置 输入 信 号50mv 设 置 “ 开 环 ”设 置 “ 常 值 ” 输 入 信 号 实 验 箱 设 置常 值 电压 调 节电 位 器 （ 5） 前 置 放 大 器 的 放 大 倍 数 K1RK逆 时 针 转 到 最 大 60 测 量 电 压测 量 TP2端 电 压 值 （ 直 流 档 ） 数 据 处 理 计 算 K1 K1=UTP2/UTP1 注 意 ： K1符 号 为 - 612021-5-28 622021-5-28 （ 6） 功 率 放 大 器 的 放 大 倍 数 K2测 量 TP3端 电 压 值 （ 直 流 档 ）测 量 电 压 数

40、 据 处 理 计 算 K2 K2=UTP3/UTP2 注 意 ： K2符 号 为 - 632021-5-28 （ 7） 计 算 系 统 的 开 环 放 大 倍 数 KV 通 过 上 述 的 6个 环 节 的 参 数 测 试 可 计 算则 系 统 的 开 环 传 递 函 数 可 完 全 确 定其 中 ： 642021-5-28 213 KKKKKKK MLXV ( ) ( 1)( 1)vm LKG s S T s T s 002.0,08.0 Lm TT 2.2 无 校 正 的 系 统 分 析 (频 率 法 )用 jw代 替 开 环 传 递 函 数 中 的 s， 得 到 系 统 开 环 频 率特

41、 性 ：利 用 公 式 画 出 幅 频 特 性 曲 线 : 652021-5-28 cjHjG 1)()( )()(1800 cc jHjG )1002.0)(108.0()( jjj KvjG 662021-5-28 1 / TL1 / Tm12.5 500-20 -40 -60c cjHjG 1)()( 67Kx - sr Usc )1( STS KMM2K1K 3K1STKL L 1154 33 SCR SCR加 串 联 超 前 校 正 系 统 的 原 理 结 构 图 Kx2.3 加 有 源 串 联 校 正 后 系 统 的 分 析 : 682021-5-28 校 正 后 系 统 的 开

42、环 传 递 函 数 ： )1002397.0)(1002.0)(108.0( )102397.0()()( jjjj jKvjHjG 画 出 幅 频 特 性 曲 线 : 3 3 4 5( 1)( ) ( ) ( 1) 1)( 1)VM LK R C SG s H s S T S T S R C S （对 应 的 开 环 频 率 特 性 ： 692021-5-28 1 / Tm 1 / TLA Bc c0 4 22180 ( ) ( ) arctan 1 2c cG j H j )1sin1(4.016.0 P )1(5.2)1(5.12 2 rrcs MMt 41.7435712.5 417.

43、4357500-20 -40 20-20 -40 -60串 联 校 正 环 节串 联 校 正 后串 联 校 正 前 702021-5-28 实 验 目 的 :1 熟 悉 随 动 系 统 的 组 成 原 理 及 各 部 分 的 传 递 函 数 ；2 测 试 系 统 每 个 环 节 的 参 数 和 确 定 开 环 放 大 倍 数 ， 频率 特 性 分 析 ；3 通 过 阶 跃 响 应 ， 观 察 校 正 环 节 （ 补 偿 环 节 ） 的 作 用及 其 对 系 统 性 能 的 影 响 ；4 通 过 斜 坡 响 应 ， 观 察 系 统 的 跟 踪 性 能 . 动 态 特 性 的 测 试 ， 使 用

44、时 域 响 应 法 ： 在 系 统 的 输 入 端 加 一 个 方 波 信 号 （ 相 当于 正 负 阶 跃 信 号 ） ， 然 后 用 示 波 器 观 察 随动 系 统 反 馈 信 号 的 响 应 。 712021-5-28 tU(t) 72 设 置 “ 闭 环 ” 设 置 “ 方 波 ” 实 验 箱 设 置 3.1 不 加 任 何 校 正 73 测 试 TP9波 形 测 试 位 置 742021-5-28 响 应 曲 线 75 设 置 “ 闭 环 ” 设 置 “ 方 波 ” 实 验 箱 设 置 3.2 加 串 联 校 正 按 下 K3和 K5 76 测 试 TP9波 形 测 试 位 置 7

45、72021-5-28 响 应 曲 线测 量 响 应 曲 线 的 tp、 ts、 p、 N 782021-5-28 %100max U UUp 792021-5-28 实 验 目 的 :1 熟 悉 随 动 系 统 的 组 成 原 理 及 各 部 分 的 传 递 函 数 ；2 测 试 系 统 每 个 环 节 的 参 数 和 确 定 开 环 放 大 倍 数 ， 频率 特 性 分 析 ；3 通 过 阶 跃 响 应 ， 观 察 校 正 环 节 （ 补 偿 环 节 ） 的 作 用及 其 对 系 统 性 能 的 影 响 ；4 通 过 斜 坡 响 应 ， 观 察 系 统 的 跟 踪 性 能 . 80 设 置

46、“ 闭 环 ” 设 置 “ 三 角 ” 实 验 箱 设 置 按 下 K3和 K5 81 测 试 TP9波 形 测 试TP1波形 测 试 位 置 响 应 曲 线一 型 系 统 ， 跟 踪 三 角 信 号 ， 稳 态 误 差 不 为 0 82 3 3 4 5( 1)( ) ( ) ( 1) 1)( 1)VM LK R C SG s H s S T S T S R C S （ 实 验 结 论 ：1 通 过 对 各 个 环 节 的 测 试 ， 了 解 小功 率 随 动 系 统 的 组 成 部 件 ；2 通 过 系 统 分 析 ， 复 习 了 频 域 特 性分 析 方 法 ；3 通 过 时 域 响 应

47、， 观 察 了 校 正 环 节在 实 际 系 统 中 的 效 果 ， 掌 握 时 域指 标 的 实 际 测 试 方 法 。 832021-5-28 实 验 地 点 ： 主 楼 520时 间 安 排 ：1318201（ 前 30） 第 12周 周 日 5-6节 (13:45-15:30) 1318201（ 后 12） 第 13周 周 五 5-6节 (13:45-15:30) 1318202（ 前 30） 第 12周 周 三 5-6节 (13:45-15:30) 1318202（ 后 10） 第 12周 周 六 7-8节 (15:45-17:30)1318301 第 12周 周 二 7-8节 (15:45-17:30)1318501 第 12周 周 二 7-8节 (15:45-17:30)1336307 第 12周 周 六 3-4节 (10:00-11:45)1315801 第 12周 周 六 3-4节 (10:00-11:45) 84 852021-5-28