清華課程課件-控工實(shí)驗(yàn)3位置環(huán)

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1、實(shí)驗(yàn)三直流電動機(jī)位置伺服系統(tǒng)汽11班張健2001010900一、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)計合實(shí)驗(yàn)調(diào)試方法，從而從理論與實(shí)際的結(jié)合上掌握門動控制系統(tǒng)的設(shè)計合校止方法。實(shí)驗(yàn)原理1、整個直流電動機(jī)位置伺服系統(tǒng)的原理圖1其中，反饋環(huán)節(jié)由電了電位計代替。由光電編碼器獲取轉(zhuǎn)角信號，再轉(zhuǎn)換成位置信號。如圖2所示：CPLD其參數(shù)特性為：①光電編碼器，每轉(zhuǎn)500個脈沖,①絲杠螺距2mm,②16位計數(shù)器，計數(shù)范圍位0000H?FFFFH,復(fù)位值為7FFFH,此吋電壓為OV,0000H時對應(yīng)一10V。則轉(zhuǎn)化為

2、十進(jìn)制后，脈沖計數(shù)、電壓、位移的對應(yīng)關(guān)系為:脈沖計數(shù)LSB-327670(復(fù)位點(diǎn))32767電圧V_10010圈數(shù)-65.534065.534位移mm-131.0680131.068每轉(zhuǎn)對應(yīng)的電壓為0.1526V/r每mm位移對應(yīng)的電壓為0.0763V/mm2、經(jīng)過簡化后的，位置伺服系統(tǒng)傳遞函數(shù)圖3為其屮：Gpc⑸為位置環(huán)校正；丁$+1可選擇PI調(diào)節(jié):Gpc(s)=Kp丄一7；s+l或P調(diào)節(jié)：Gpc(s)=Kp此次實(shí)驗(yàn)只使用P調(diào)節(jié)；GiXs)為速度環(huán)的閉環(huán)傳遞函數(shù)；三、實(shí)驗(yàn)步驟1、按P校正接好速度環(huán)，調(diào)整為1OOOrpm/V,測試其動特性

3、，要求達(dá)到速度環(huán)實(shí)驗(yàn)時的動態(tài)特性指標(biāo)耍求。???速度環(huán)動態(tài)特性的優(yōu)劣直接影響位置控制的動態(tài)特性。2、接通電了電位器反饋回路，觀察反饋電壓Vd/a，及其變化規(guī)律。觀察結(jié)果：反饋電壓Vd/a(Q的波形為連續(xù)的鋸齒波，如右圖：Vd/a⑴的上下峰值為+I0.4V&-10Vo速度環(huán)輸入為8V時，測得周期約為7.80s加大輸入電壓時，Vd/a⑴周期減小，波形斜率增大；減小輸入電壓則反Z。計算此時電機(jī)轉(zhuǎn)速：n=125.068i7sF7.8s*60s=1008rpm分析斜率k的意義：已知①輸入電壓與轉(zhuǎn)速的關(guān)系為，需需8V16.67廠/$②毎轉(zhuǎn)對應(yīng)的電壓為

4、0.1526V/rArxO.1562Az=zzx0.1562=(7x16.678x0.1562=0.3255(/???斜率k與速度環(huán)輸入電壓U成止比，它直接反映了電機(jī)轉(zhuǎn)速的大小。3、連接位置調(diào)節(jié)器的接線，接線圖如下:4、測試位置環(huán)動態(tài)特性：調(diào)輸入為1.5V,用示波器觀察速度及位置的動態(tài)特性a,速度曲線如右，開始以很短的時間加速，然后保持在飽和轉(zhuǎn)速工作，最后減速至0；測得響應(yīng)周期為790msb,位移曲線如右，它由速度積分而得，其值等于速度曲線包圍的面積，前后為加速和減速過程，中間一長段為等斜率直線，即勻速運(yùn)動過程。測得穩(wěn)定時間為:無載荷時t

5、s=510.0ms有載荷時ts=550.0ms5、位置系統(tǒng)調(diào)零，將輸入電壓、滑塊位置、電子電位器三者的零點(diǎn)統(tǒng)一。測量位置伺服系統(tǒng)的靜態(tài)特性。數(shù)據(jù)表和擬合曲線如下滑塊位置mm（左+,右一）輸入電壓V-90-6.698-80-5.942-60-4.483-40-3.017?20-1.53100201.437402.887604.37805.828906.556輸入電壓一位直1111線亠咧V=o.0737x-0.0539位胃mm&_[K-1Orti靜態(tài)特性曲線，看出輸入與輸出呈現(xiàn)很好的線性關(guān)系。關(guān)系函數(shù)為：y=0.0737x-0.0539；即筈

6、“0737(5)這與前面用設(shè)備參數(shù)計算的“毎mm位移對應(yīng)的電壓為0.0763V/mm"基本相符;誤差為0.0763-0.07370.0763xl00%=3.4%???單位階躍輸入時穩(wěn)態(tài)位置謀差汕"七"。34???靜態(tài)誤差系數(shù)Kp=28.41計算輸入與輸出值的相關(guān)系數(shù)：R=1可見其線性度相當(dāng)完美!四、給出速度環(huán)的數(shù)學(xué)模型以及仿真結(jié)果A,位置調(diào)節(jié)器：輸入經(jīng)兩級放大：第一級放大倍數(shù)為K

7、=—523/47=—11.13第二級放大倍數(shù)為K2=-470/100=-4.7中間有一分壓衰減Km=7.8/10=0.78所以，位置調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)為：Gpc(s

8、)=Kp=KcKm-K2=40.8A,位置環(huán)：與實(shí)驗(yàn)2中的P調(diào)節(jié)相同，可變電阻為316KQ???速度調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)為：=^,=416/39=10.67B,速度環(huán)數(shù)學(xué)模型圖(即仿真方塊圖)，忽略摩擦影響：TraFcn2C,用SIMULINK對以上模型進(jìn)行仿真a,動態(tài)模擬，時間響應(yīng)圖，右邊為放大圖:b,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果比較:模擬結(jié)果：實(shí)驗(yàn)結(jié)果輸入V1.51.5輸出mm19.6621.0超調(diào)量Mprad/s00穩(wěn)定時間tsms25510.0發(fā)現(xiàn)，輸出穩(wěn)態(tài)值相差不大，謀差約6%,但穩(wěn)定時間相弟較大，這是因?yàn)閷?shí)際位移系統(tǒng)中除了質(zhì)量慣性系統(tǒng)影響外（

9、已部分考慮到原模型中），還受到摩擦因素的阻礙，使得實(shí)際的穩(wěn)定時間大大降低。下面再用帶負(fù)載力矩的模型進(jìn)行模擬：???假設(shè)摩擦力矩與轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速成正比，在原模型系統(tǒng)中，引出轉(zhuǎn)速信號，乘以比例倍數(shù)5（本